一種整體連續納米多孔銅的製備方法
2023-05-10 08:38:56 2
專利名稱：一種整體連續納米多孔銅的製備方法
技術領域：
本發明屬於納米材料的製備方法技術領域，具體涉及一種整體連續納米多孔銅的 製備方法。
技術背景納米多孔金屬是一種特殊的具有納米尺寸孔洞的材料，其孔徑尺寸為幾納米至幾 十納米，納米級的孔徑尺寸使其具有更高的比表面積以及其他獨特的物理、化學以及 力學性能，例如獨特的電磁性能、更高的化學活性、更高的強度等。因此，納米多孔 金屬具有巨大的應用潛力，目前開展的應用研究主要有催化、激發、傳感、表面增強 拉曼散射等。目前應用的納米多孔銅主要是在水汽轉化反應中的雷尼銅(U. S. Patent No. 1563587)催化劑，其原始合金範圍一般銅的含量不超過50wt.。/。。並且，雷尼銅是非 整體性的。由於其主要性質是高的比表面積，因此非整體性對其在催化領域的應用影 響較小。2006年，Hayes等人(Hayes, J. R.; Hodge, A. M.; Biener, J.; Hamza, A. V.; Sieradzki, K. J. Mater. Res. 2006, 21, 2611.)利用化學、電化學腐蝕從Mn0.7Cu0.3固溶體 中製備了 16~125nm的納米多孔銅，同時，這些納米多孔銅中都存在裂紋。2007年， Lu Hai隱Bo等人(Lu, H. B.; Li, Y.; Wang, F. H. Scripta Mater. 2007, 56, 165,)用鹽酸對雙 相的62Cu-38Zr合金噴鍍薄膜進行腐蝕，獲得了直徑為500nm的均一多孔銅。但是， 在相應的塊體合金中Zr是無法腐蝕掉的。 發明內容本發明的目的在於克服上述現有技術的不足，提供一種整體連續納米多孔銅的制 備方法。該方法成本低、工藝簡單、納米多孔結構可控；製備出的納米多孔銅是整體 連續的；同時可製備出塊體的納米多孔材料。本發明是通過以下技術方案實現的所述的整體連續納米多孔銅的製備方法，包括以下步驟(1) 將純金屬鋁、銅加熱到熔融態，充分攪拌混合成Al-Cu合金液；所述Al-Cu 合金液中Cu所佔原子百分比為30-55%，其餘為Al， Al和Cu的純度均為>99.0 wt.%。(2) 利用惰性氣體將上述合金液快速吹出，使熔融的液態金屬在高速旋轉的銅輥上 快速凝固，製備出合金條帶；或者在金屬銅模中凝固，製備出合金片或合金棒；所述 惰性氣體為氮氣或氬氣，惰性氣體的壓力為0.05-lMPa;所述液態金屬的冷卻速度為 l~106K/s。(3) 將上述製得的合金進行脫合金化處理，然後在蒸餾水中清洗至中性，晾乾即制 成納米多孔銅；所述脫合金化處理的具體過程為於75 95'C下的鹽酸溶液中反應l-4 小時；或於氫氧化鈉溶液中在室溫反應l-5小時，然後將合金在蒸餾水中清洗至中性， 再於9(TC的鹽酸溶液中反應，合金條帶的反應時間為1-3小時，合金片或合金棒的反 應時間為4-15小時。所述鹽酸溶液的質量百分數為0.1~37%，優選為5%;所述氫氧化鈉溶液的質量百 分數為1~34%，優選為20%。製備的合金條帶厚度為10~200pm，寬度為l~50mm，長度為0.5~50cm;製備的合 金片厚度為lmm、寬度為5mm、長度為l~10cm;製備的合金棒直徑為lmm、長度為 l~10cm。本發明的製備方法與現有的納米多孔銅製備工藝相比，具有以下優點(1)該方 法製備的納米多孔銅是整體連續的。(2)該方法選用濃度較低的腐蝕溶液即可獲得納米多孔銅，且操作工藝簡便，適宜大規模工業生產。(3)該方法可製備出整體連續的 納米多孔銅塊體材料。(4)本方法可根據母合金的成分和腐蝕溶液的種類，調控納米 多孔銅的結構和尺寸。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。 實施例一(1)按照原子百分比30%Cu，其餘為Al的配比，將Al-Cu合金放入熔煉爐中加熱到熔融狀態，經過充分攪拌使其合金化。用氬氣將熔融的液體在O.lMPa 壓力下快速吹出，在高速旋轉的銅輥上快速凝固，冷卻速度為103-105K/s，獲得厚 度為20 40微米，寬度為2 5毫米，長度為1~5釐米的合金條帶。(2) 在85"C下的5 wt.M鹽酸溶液中反應1小時，至沒有明顯的反應氣泡產 生，停止加熱。(3) 將反應後的產品收集，用蒸餾水反覆衝洗至化學腐蝕溶液完全洗淨(廣 泛pH試紙檢驗衝洗蒸餾水呈中性)。然後在25'C下晾乾並保存。該樣品呈多孔分 布，由100~1000nm的顆粒組成。實施例二(1) 按照原子百分比40%Cu，其餘為A1的配比，將Al-Cu合金放入熔煉爐 中加熱到熔融狀態，經過充分攪拌使其合金化。用氮氣將熔融的液體在0.5MPa 壓力下快速吹出，在高速旋轉的銅輥上激冷，冷卻速度為104-105K/s，獲得厚度為 30-50微米，寬度為2 5毫米，長度為5~20釐米的合金條帶。(2) 在95。C下的10wt.。/。鹽酸溶液中反應2小時，沒有明顯的反應氣泡產生， 停止加熱。(3) 將反應後的產品收集，用蒸餾水反覆衝洗至化學腐蝕溶液完全洗淨(廣 泛pH試紙檢驗衝洗蒸餾水呈中性)。然後在25'C下晾乾並保存。該納米多孔銅由 100~200nm的納米顆粒和100~300nm的韌帶組成。實施例三(1) 按照原子百分比40%Cu,其餘為Al的配比，將Al-Cu合金放入熔煉爐 中加熱到熔融狀態，經過充分攪拌使其合金化。用氬氣將熔融的液體在lMPa壓 力下快速吹出，使熔融的液態金屬在金屬銅模中凝固，冷卻速度為l-102K/s，制 備出厚度為lmm、寬為5mm的合金片、長度為4cm，或者直徑為lmm、長度為 6cm的合金棒。(2) 在室溫下於20 wt.。/。氫氧化鈉溶液中反應5小時，然後將合金在蒸餾水 中洗至中性，再與5wt.。/。鹽酸溶液在9(TC反應15小時。(3)將反應後的產品收集，用蒸餾水反覆衝洗至化學腐蝕溶液完全洗淨(廣 泛pH試紙檢驗衝洗蒸餾水呈中性)。然後在25'C下晾乾並保存。該多孔銅的孔徑 韌帶分布為200~500nm。 實施例四(1) 按照原子百分比55%Cu，其餘為Al的配比，將Al-Cu合金放入熔煉爐 中。將合金加熱到熔融狀態，經過充分攪拌使其合金化。用氮氣將熔融的液體在 0.05MPa壓力下快速吹出，在高速旋轉的銅輥上激冷，冷卻速度為103-104K/s，獲 得厚度為30 50微米，寬度為2 5毫米，長度為5 20釐米的合金條帶。(2) 在室溫下於34 wt.y。氫氧化鈉溶液反應2小時，然後將合金在蒸餾水中 洗至中性，再與0.1wt.。/。鹽酸溶液在9(TC反應3小時。(3) 將反應後的產品收集，用蒸餾水反覆衝洗至化學腐蝕溶液完全洗淨(廣 泛pH試紙檢驗衝洗蒸餾水呈中性)。然後在25'C下晾乾並保存。該多孔銅的孔徑 韌帶分布為300 500nm。實施例五除反應溫度為75'C，腐蝕溶液為0.1wt.o/。鹽酸，反應時間為4小時外，其他 操作同實施例一。該多孔銅的孔徑韌帶分布為100~700nm。 實施例六除反應溫度為95°C，腐蝕溶液為37wt.n/。鹽酸，反應時間為1小時外，其他 操作同實施例一。該多孔銅的孔徑韌帶分布為300 1000nm。 實施例七除氫氧化鈉溶液為lwt.%，鹽酸溶液為37wt.。/。外，其他操作同實施例三。該 多孔銅的孔徑韌帶分布為200~500nm。
權利要求
1.一種整體連續納米多孔銅的製備方法，其特徵在於包括以下步驟(1)將純金屬鋁、銅加熱到熔融態，充分攪拌混合成Al-Cu合金液；(2)利用惰性氣體將上述合金液快速吹出，使熔融的液態金屬在高速旋轉的銅輥上快速凝固，製備出合金條帶；或者在金屬銅模中凝固，製備出合金片或合金棒；(3)將上述製得的合金進行脫合金化處理，然後在蒸餾水中清洗至中性，晾乾即製成納米多孔銅。
2. 根據權利要求1所述的納米多孔銅的製備方法，其特徵在於步驟(1)所述A1-Cll合金液中Cu所佔原子百分比為30-55%,其餘為Al。
3. 根據權利要求1或2所述的納米多孔銅的製備方法，其特徵在於步驟(3)所述脫合金化處理過程為於75 95"C下的鹽酸溶液中反應l-4小時；或先於氫氧化鈉溶液，在室溫下反應l-5小時，然後將合金在蒸餾水中清洗至中性，再於9(TC的鹽酸溶液中反應，合金條帶的反應時間為1-3小時，合金片或合金棒的反應時間為4-15小時。
4. 根據權利要求3所述的納米多孔銅的製備方法，其特徵在於所述鹽酸溶液的質量百分數為0.1~37%;所述氫氧化鈉溶液的質量百分數為1~34%。
5. 根據權利要求1或2所述的納米多孔銅的製備方法，其特徵在於步驟(2)中所述惰性氣體為氮氣或氬氣，惰性氣體的壓力為0.05-lMPa。
6. 根據權利要求1或2所述的納米多孔銅的製備方法，其特徵在於步驟(2)中液態合金的冷卻速度為l 106K/s。
7. 根據權利要求4所述的納米多孔銅的製備方法，其特徵在於所述鹽酸溶液的質量百分數為5%;所述氫氧化鈉溶液的質量百分數為20%。
8. 根據權利要求1或2所述的納米多孔銅的製備方法，其特徵在於步驟(2)中製備的合金條帶厚度為10 20(Him，寬度為l~50mm，長度為0.5~50cm;製備的合金片厚度為lmm、寬度為 、長度為l-10cm;製備的合金棒直徑為lmm、長度為l~10cm。
全文摘要
本發明涉及一種整體連續納米多孔銅的製備方法，包括以下步驟(1)將純金屬鋁、銅加熱到熔融態，充分攪拌混合成Al-Cu合金液；(2)利用惰性氣體將上述合金液快速吹出，使熔融的液態金屬在高速旋轉的銅輥上快速凝固，製備出合金條帶；或者在金屬銅模中凝固，製備出合金片或合金棒；(3)將上述製得的合金進行脫合金化處理，然後在蒸餾水中清洗至中性，晾乾即製成納米多孔銅。本發明有益效果是(1)所製備的納米多孔銅是整體連續的，也可製備出整體連續的納米多孔銅塊體材料。(2)該方法選用濃度較低的腐蝕溶液即可獲得納米多孔銅，且操作工藝簡便，適宜大規模工業生產。(3)可根據母合金的成分和腐蝕溶液的種類，調控納米多孔銅的結構和尺寸。
文檔編號C23F1/44GK101596598SQ20091001665
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月1日 優先權日2009年7月1日
發明者張忠華, 豔 王, 振 祁 申請人:濟南大學