多孔铜复合含能材料的制备与热分析(4)
Jiang Tao 等用两步电化学沉积法制备的三文多孔铜薄膜，将磨细的粒径约为0.3μm的硅粉与碳黑和PVDF在NMP中分散，然后填充到三文多孔铜薄膜的孔中，形成了硅基三文多孔电极。该电极作为锂离子电池的阳极可以提高循环寿命和充放电效率。
图2 三文多孔铜 图3 硅基三文多孔铜
图2中的多孔铜晶枝在阴极上快速沉积呈现粉末状和树枝状，它们在氢气泡间隙快速堆积，形成海绵状疏松镀层。而作为模板的氢气泡在溢出的过程中，经历合并，生长，破碎等过程即由几个小的氢气泡在溢出过程中合并为一个大的气泡，因此生成的多孔铜的表面孔径较大，下面是由几个小孔组成。由于在沉积过程中，新生成的铜表面也会有小的氢气泡产生，所以多孔铜的孔壁是由晶粒团聚形成的晶枝堆积成的，因此孔壁上也有许多微孔。而细小的晶粒也使这种多孔铜结构有更大的比表面积。该多孔铜的结构决定它可以在多种领域有使用用途。
1.3多孔铜的应用
目前，以氢气泡为模板电沉积制备多孔铜薄膜的工艺的研究已有一定的进展，由于制备出的多孔铜具有优良的导热性能，广泛用于电机、电器及电子元器件的导热散热；同时，多孔铜因其导热性能优异，在镍锌电池及双电层电容器的电极材料上的应用也受到重视；又由于泡沫铜的结构特性及对人体基本无害的特性，使其成为一种优良的医学过滤材料（如血液透析）及净化过滤材料。另一方面，在实验中快速电沉积产生的孔壁结构是由金属晶粒团聚产生的晶枝间疏松连接产生的，因此孔壁上会有一些微孔，该材料有较大的比表面积。因此这种材料在含能材料领域也会有较大的应用前景[11]。
1.4本论文的主要研究内容
由氢气泡模板法制备的多孔铜的结构为主孔下面有若干小孔，层层递进，孔壁由铜晶枝组成，晶枝间有更小的孔隙，就为氧化剂的填充建立了一种构架，同时，由于有较大的比表面积，铜晶枝由纳米级铜晶粒构成，使多孔铜有较高活性，与氧化剂复合后在外界刺激能量作用下，可以释放出大量的化学反应能量，是一种新型含能材料。
(1)多孔铜薄膜材料的制备及表征:借助扫描电镜、激光共聚焦显微镜等手段研究多个因素对于多孔铜薄膜结构的影响；
(2)不同添加剂制备的多孔铜薄膜的研究及表征:借助扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD） 、DSC等表征手段研究多孔铜薄膜的形貌；
(3)根据实验结果分析不同添加剂对制备出的多孔铜薄膜的影响；
(4)对多孔铜复合含能材料的反应原理进行研究，并且用TG曲线和DSC曲线，对多孔铜复合含能材料进行表征和分析；
2多孔铜薄膜的制备与表征
2.1实验原理
利用氢气泡为模版电沉积制备多孔金属的过程是在高度阴极化的条件下进行的，因此金属电沉积的过程中除了金属离子发生还原反应外，还包含着十分剧烈的析氢反应，即在含有CuSO4和H2SO4的混合溶液中，首先是铜片作为阴极会将带有电荷的铜离子和显酸性的氢离子吸附到周围，然后再发生Cu2++2e→Cu和2H++2e→H2↑的化学反应，因此在阴极铜片上会镀上一层薄膜铜，并伴随着氢气泡的溢出。因为氢气泡从铜片基底上析出，气泡占据的位置不能形成沉积层，金属离子只有在气泡模版之间的孔隙中进行还原沉积。另外由于沉积速率较快，使得沉积物周围的金属离子快速耗尽，并且氢气泡的溢出过程不仅伴随着由于水中压强的变化，使氢气泡越接近页面位置变的越大，还会伴随着氢气泡的不断溢出中断了反应离子从电解液到离子耗尽区的扩散的过程的发生，鉴于以上两个因素，金属只能在气泡之间的空隙中沉积，最终会得到孔隙率和比表面积较高的多孔铜金属薄膜[12]。