目前印刷电路板(PCB)中集成的电子元器件分别通过铜导电线路及金属化的孔实现互联,如采用传统的非金属电镀工艺加工,需经胶体钯活化与化学镀铜后再接续电沉积铜,不仅工艺繁杂,且使用贵金属钯和对人体有害的甲醛。随着国家对节能减排要求不断提升,传统制造工艺已不适合继续应用,本文提出静电自组装制备导电碳膜,并在其表面直接电沉积形成铜层。具体来讲,分别以碳黑和石墨烯为导电介质,在阳离子聚合物处理后将基板表面荷正电荷,通过静电吸附荷负电荷的碳颗粒实现自组装成膜,并进行了自组装碳膜上直接电沉积铜的研究。该新型加成法制造工艺免去化学镀工序,生产效率高、污染物排放低,对推动PCB制造技术的发展提供有价值的指导。碳黑的分散实验表明在筛选六种表面活性剂中壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)性能优于其他表面活性剂,添加量为碳黑量25wt.%时体系粘度和透光率降到最低。采用分子动力学模拟软件Material Studio(MS)从润湿分散的角度建立表面活性剂在碳黑表面吸附模型,探讨了表面活性剂的吸附形态和结构与吸附能的关系,明确了TX-10分子平卧时吸附作用能较大,且能量高于其它筛选的表面活性剂,印证碳黑分散实验的结果。进而对其阴离子改性后的壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯(TXP-10)进行考察,实验结果表明其在均匀分散碳黑的基础上,具有调整碳颗粒荷负电荷的作用。通过紫外-可见光谱测试证实对于阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)预处理过的基体,TXP-10分散的碳黑吸附量显著提高。探讨预处理液中聚合物浓度和阳离子度、碳分散液中碳含量和分散方式等因素对自组装碳黑膜性能的影响,确定优化的制备工艺条件为:阳离子度10%的CPAM溶液,浓度为100mg/L,浸渍时间150s;碳黑含量是1.0wt.%,TXP-10添加量0.25wt.%;采用球磨分散碳黑,球料比1:1,球磨时间为120min;自组装浸渍的循环次数为2次。在自组装碳黑膜直接电沉积实验中,采用阴极极化曲线法研究了分散剂对碳黑上铜沉积影响。结果表明,分散剂包覆在碳黑表面阻碍铜离子还原,增大还原反应的极化电位,致使碳上铜沉积速率低,施镀30min后,铜层覆盖率小于5%。针对该问题,实验采用添加剂调整镀液组分,有效地抑制铜离子在铜表面的优先沉积。阴极电流密度1.5A·dm-2时,30mg/L的PEG10000可使铜在碳与铜表面还原电位差增大至70m V。经镀液优化后碳膜覆铜速率显著提高,然而获得铜层发暗。而碳表面经氧化后带有羟基和羧基等含氧极性官能团,采用MS模拟计算明确表面氧化降低了TXP-10在碳黑表面吸附作用能,并通过微分电容和极化曲线测试进一步证实阴极极化时分散剂TXP-10在氧化碳黑表面发生脱附,减小了铜离子还原的极化,增大碳上铜沉积速率,在施镀20min后组装碳膜完全被沉积铜层所覆盖。以此阳离子聚丙烯酰胺和高氧化碳黑分散液的工艺处理通孔径为0.2~1.0mm的PCB板,电沉积后孔内铜层均匀完整且与孔壁结合力良好。在自组装氧化石墨烯(GO)膜的研究中,首先探讨p H值对GO分散性影响,在优化p H为10溶液中GO分散更充分,且对应最低zeta电位-68m V。而通过紫外-可见光谱测试表明自组装多层膜特征峰的吸光度与层数呈正比关系,即组装GO层是均匀等厚的。分别采用恒电位极化和硼氢化钠原位在线还原自组装GO膜,对比显示硼氢化钠相较恒电位电化学还原更有效率,在20min内还原反应基本完成,且明确了还原氧化石墨烯(RGO)的还原程度与其阴极铜沉积过程具有对应关系,还原程度越大则石墨烯上铜沉积反应的电流越大。而通过自组装和后续原位化学还原在PCB板表面形成图形化RGO/CPAM导电层,恒流沉积时铜沿RGO层逐渐沉积生长,20min内图形区域完全被铜层覆盖,实现PCB板表面的直接电沉积金属化。对自组装过程GO与CPAM的相互作用进行系统地研究。首次通过电化学石英晶体微天平佐证GO在组装过程中静电力的作用效果,并采用红外光谱测试和MS分子动力学模拟,证实GO的羧基和CAPM的氨基形成N—H…:O结构的分子间氢键。在此基础上构建了自组装膜结构模型并提出GO自组装反应历程,主要包括两个步骤:第一,静电作用为自组装的驱动力,GO在吸引力下接近CPAM吸附层表面;第二,GO片层在完成形态调整后继续靠近CPAM,并且与CPAM形成分子间氢键,最终GO在静电力、范德华力和氢键共同作用下固定在CPAM表面。