高分子材料的金属化

摘 要：随着我国社会经济的快速发展，人们对高分子材料的用途越来越广泛，很多领域都应用到了高分子材料。将高分子材料金属化会使高分子具有金属的一些特性，从而使其功能变得更加强大，这也是本论文的重点研究方向。

关键词：高分子材料；金属化；工艺

1 高分子材料金属化的简述

通过化学方法或者是物理方法将一些金属镀在高分子材料的表面，从而使高分子材料具有了镀金属的一些特性，这就是我们所说的高分子材料的金属化，金属化后高分子材料一方面就会具有相应传导性、导热性等性能，另一方面还能够使其具有相应的金属光泽，进行相应的焊接，从而使高分子材料替代了一些金属品，在最大程度上降低了企业的成本。除此之外，高分子材料本身还具有耐腐蚀、耐高温、耐酸碱等特性，从而使得被金属化后的高分子材料比常用的金属具备更好的性能，用途也更加广泛，已经在我国航天、轮船、机械、化工、制药、运输等行业得到了广泛应用。

2 高分子材料金属化的工艺

就当前技术来说高分子材料金属化主要有以下两种方法：一是，以物理气相沉积和化学气相沉积这两种方法为代表的干法；二是，以化学还原、电镀等为代表的湿法。下面我们就将物理气相沉积、化学气相沉积法和化学还原法这三种常用的方法进行详细的研究。

2.1 物理气相沉积

物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）技术主要是在在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体（或等离子体）的一种过程，从而能够在基体表面沉积具有某种特殊功能的一种薄膜技术。由此可以看出物理气相沉积法的前提基础是真空技术。

真空蒸发法（又称为热蒸发法）是指在真空条件下，通过高温加热镀料使其在非常短的时间内发生蒸发现象，进而会有大量的原子、分子发生气化现象，从而离开了镀料或者说是镀料的表面，然后这些气化的原子、分子由于是处于真空环境下，所以在经过少量几次的碰撞后迁移到基体，最终沉积在基体的表面形成一层非常薄的膜。该方法的主要特点是对设备的要求难度不高、非常容易操作；薄膜具有非常高的纯度、质量；同时能够快速成膜，具有非常单纯的薄膜生长机理，但是该方法成的薄膜没有结晶结果，致使其跟基板的附着力非常小。为了解决这一问题，专家们使用等离子刻蚀跟该技术有效结合起来，来提高其附着力。例如有专家将聚丙烯用氨等离子体处理后，再使用真空蒸发法在聚丙烯表面镀一层铝薄膜，然后再将其经过XPS和EXES分析发现，聚丙烯和铝薄膜之间的附着力变得非常大。

2.2 化学气相沉积

化学气相沉积（Chemical vapor deposition，简称CVD）主要是指在气态条件下，反应物质发生化学反应，最终固态物质，并且该固态物质附着在加热的固态基体表面上，最终生成固体材料的一种技术方法。

人们在PTFE镀铜就使用了化学气相沉积方法，主要分为以下几个步骤：首先PTFE表面先经过相应的化学粗化处理，然后再使用激光束在其表面进行图案刻画，最后再经过化学气相沉积法将铜沉积在其表面。将经过以上步骤处理后的镀铜PTFE经过XPS和EXES分析显示，激光辐射的部分没有铜沉积，而没有经过激光辐射的部分有大量的铜沉积，这就说明PTFE表面粗化部分被激光已经抚平到跟其原始表面一样，所以没有铜沉积。

化学气相沉积法的特点是沉积不需要很高的温度，非常容易控制薄膜的成份，膜厚与淀积时间成正比，均匀性，重复性好，台阶覆盖性优良，具有很强的附着力。但是该方法会受到气体运动速率、压力分布、温度等各方面因素的影响，而是膜形成过程受到破坏，同时还会影响薄膜的构造，所以要想得到理想的薄膜必须严格控制各项条件。

2.3 化学还原法

化学还原法主要是指通过化学反应将高分子材料跟金属盐之间形成鳌合物，从而能够使一些金属离子掺入到高分子材料中，这些金属离子在经过化学还原处理后，在高分子材料表面可以均匀地沉积层可导电的金属层。

有人将金属钻通过该方法成功的镀在了聚亚胺脂（PU）的表面上，具体步骤为，称取适量的CoCl2，MDI，PEE15和PEE3，将这些试剂加入到DMF溶液中，用搅拌充分搅匀，最后在室温条件下会在聚丙烯板上形成一层薄膜，然后再将聚丙烯放在烘箱中100℃加热五十小时，加热结束后将其放在NaBH4水溶液中，在21～62℃下还原10-13分钟，最终得到镀钻的聚丙烯。通过XPS分析得出，该方法形成的薄膜表面是非常纯净的。

3 结论

综上所述，高分子材料具有耐高温、耐腐蚀、耐酸碱等特点，而高分子材料金属化还使其具备了金属的某些特性，从而使其性能变得更加广泛，所以高分子材料金属化在工业上的大力应用将会大大降低企业的成本，对推动我国经济的快速发展起着非常重要促进作用。

参考文献：

[1]冯辉霞.化学还原法制备Fe3O4纳米颗粒及其性能研究[J].功能材料，2013（10）.

[2]葛雯.石墨烯及其复合物的化学气相沉积法制备与性能研究[D].浙江大学学位论文，2013.

作者简介：陈国庆（1993—），男，安徽无为人，本科，研究方向：高分子材料与工程。