【摘 要】
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金属铜的使用历史悠久,长达10000多年。现今在我们的生产生活中也处处都有金属铜的身影。金属铜在装饰用品行业、金属制造业、建筑行业、电器行业与国防工业中都有广泛的应用,比如:铜镜、铜镍合金、导线和子弹等。在5G通讯、新能源汽车和极大规模集成电路等新兴领域中同样都离不开金属铜。金属铜具有很多优异的性质:延展性好、导电性良好、十分耐用和可回收等,但金属铜在高温的空气中、具有强腐蚀性的溶液中或是强碱性溶
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金属铜的使用历史悠久,长达10000多年。现今在我们的生产生活中也处处都有金属铜的身影。金属铜在装饰用品行业、金属制造业、建筑行业、电器行业与国防工业中都有广泛的应用,比如:铜镜、铜镍合金、导线和子弹等。在5G通讯、新能源汽车和极大规模集成电路等新兴领域中同样都离不开金属铜。金属铜具有很多优异的性质:延展性好、导电性良好、十分耐用和可回收等,但金属铜在高温的空气中、具有强腐蚀性的溶液中或是强碱性溶液中,金属铜特别容易被氧化/腐蚀,造成金属铜表面失去光泽,甚至被腐蚀破损、电阻率升高、失去延展性和硬度降低等不良后果,这会严重影响铜制品和含铜器件的使用。目前,提高金属铜抗氧化/腐蚀性能的方法主要是合金、电镀和利用有机分子在金属铜的表面形成钝化层等,虽然会在一定程度上提高金属铜的抗氧化/腐蚀性能,但是这些方法存在改变金属铜的表面形貌特征和引入杂质的缺点,这会使得金属铜的导电性降低,影响金属铜本身的性质。本论文克服现今金属铜抗氧化/腐蚀技术的壁垒,采用溶液处理金属铜表面形成钝化层的方法,不仅提高金属铜表面的抗氧化/腐蚀能力,而且“清除”金属铜表面的氧化层;发展了水热方法实现金属铜表面晶格重构的新途径;进一步优化了金属铜表面钝化技术,显著提高金属铜的抗氧化/腐蚀能力。首先,通过水热方法实现金属铜表面晶格重构,水热处理后重构为Cu(111)面,从而实现了金属铜在强碱溶液、强腐蚀性溶液和高温空气中均具有优异的抗氧化/腐蚀能力,处理之后的金属铜可以长久保持抗氧化能力。其次,为了验证该策略的普适性,解决工业实际生产中金属铜表面较厚氧化层“清除”和抗氧化/腐蚀钝化层构筑的难题。研究结果表明将带有氧化层的金属铜还原为纯铜,在强碱溶液、强腐蚀性溶液和高温空气中仍然具有优异的抗氧化/腐蚀性能,实现了金属铜表面保护层“清除”和钝化层构筑的双重目标。最后,优化了提高金属铜表面抗氧化/腐蚀性能的技术方案,同时克服传统方法的局限性,达到了提高金属铜抗氧化/腐蚀和导电性、表面形貌等不受影响的目的。此方法处理后的金属铜在强碱溶液、强腐蚀性溶液和高温空气中均表现出优异的抗氧化/腐蚀性能。
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