一種金屬表面納秒脈衝等離子體製備納米顆粒的溶液及製備方法與流程
2023-10-28 23:55:16 1
本發明涉及一種金屬表面納秒脈衝等離子體製備納米顆粒的溶液及製備方法,屬於納米材料技術領域。
背景技術:
納米顆粒可以提高材料的物理、化學、力學和熱學等性能。常用的製備納米顆粒的方法有化學法、電化學法、濺射法、研磨等方法。這些物理、化學的方法需要多個工序才能製備出來。文獻(張節,周磊傑,張偉,汪煒,朱文魁,電化學放電的納米顆粒製備方法,CN201310185500.2和餘家國,劉敬祥,黃淑穎,一種在二氧化鈦納米管陣列中電化學沉積銀納米顆粒的方法,CN201610064607.5)分別敘述了一種電化學製備納米顆粒的方法。前者在製備納米顆粒的過程中,連接在電源負極的工具電極和連接在電源正極的進電塊在電解液中發生電化學反應,產生氣泡,並附著在工具電極表面。隨著加工的繼續進行,工具電極在電解液液面以下的部分被不斷產生的氣泡完全包覆,使電極和電解液完全隔離,從而在工具電極和電解液之間形成電壓差,然後擊穿工具電極和工件表面的氣泡層,形成放電通道,產生放電。放電通道中的瞬時高溫高壓能量氣化了工件表面的電解液後,再進一步熔化、氣化工件,產生腐蝕產物並拋入電解液中,經冷卻、凝固後形成納米顆粒。後者處理過的鈦片作陽極,在陽極和陰極之間施加電壓,電化學沉積銀,將製備得到的樣品清洗乾淨,乾燥,然後煅燒即得。所以其存在處理時間長,操作條件差,需要後續加工等,成本較高限制。
技術實現要素:
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷,提供一種金屬表面納秒脈衝等離子體製備納米顆粒的溶液及製備方法,該處理方法處理效率高,時間短,納米顆粒均勻,本發明處理降低了成本,且其適合幾乎所有的金屬表面製備納米顆粒。
為解決上述技術問題,本發明提供一種金屬表面納秒脈衝等離子體製備納米顆粒的溶液,其特徵是,包括以下組分且各組分的重量份數為:碳酸鹽40~50份,金屬鹽20~40份,含碳有機物10~15份,餘量為水。
進一步地,所述的碳酸鹽為碳酸鈉或碳酸鉀。降低納秒脈衝等離子體的擊穿電壓,提高其能量的聚縮能力。
進一步地,所述的金屬鹽為鋁酸鈉或硝酸鈦。提供形成納米顆粒的金屬離子。
進一步地,所述的含碳有機物為三乙醇胺或甘油。使得納秒脈衝等離子體沿面離散分布,降低集中燒蝕。
進一步地,所述的水為蒸餾水或去離子水。
本發明還提供了一種金屬表面納秒脈衝等離子體製備納米顆粒的方法,其特徵是,包括以下步驟:將金屬放入上述配製的溶液中,以金屬為陽極,石墨為陰極,施加納秒脈衝電壓,在金屬表面製備納米顆粒。耦合納秒脈衝等離子體聚縮納米束能量與金屬鹽的費米能和分離能,氧化和分離金屬離子的氧化物,沉積於金屬表面。
進一步地,所述納秒脈衝電壓的脈寬為10~500 ns,脈衝電壓幅值為600~1000V。
進一步地,所述納秒脈衝電壓的處理時間為1~3min。
本發明所達到的有益效果:本發明研究的金屬表面製備納米顆粒工藝運用納秒脈衝等離子體根據金屬電離能選區氧化分離,處理效率高,時間短,納米顆粒均勻。本發明降低了成本,且其適合幾乎所有的金屬表面製備納米顆粒。
附圖說明
圖1是本發明實施例1在YL12表面製備的氧化鋁納米顆粒的掃描電子顯微鏡圖;
圖2是本發明實施例2在Ti-6Al-4V表面製備的二氧化鈦納米顆粒的掃描電子顯微鏡圖;
圖3是本發明實施例3在在純鋁表面製備的氧化鋁納米顆粒的掃描電子顯微鏡圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案,而不能以此來限制本發明的保護範圍。
實施例1
首先在一個10L槽中取2/3的蒸餾水,依次溶解4000g碳酸鈉和3500g鋁酸鈉,等槽中試劑全部溶解之後,將1500g三乙醇胺在快速攪拌下倒入槽液中,直至完全混合均勻,最後加水至10L,得到電解液,將YL12放入配製的溶液中,以YL12為陽極,石墨為陰極,納秒脈衝脈寬為10ns,脈衝電壓幅值為1000V,即把YL12置入溶液中,處理1分鐘,而在YL12表面製備氧化鋁納米顆粒(見圖1)。納米顆粒分布均勻,粒徑尺寸大小接近。
實施例2
首先在一個10L槽中取2/3的去離子水,依次溶解的5000g碳酸鉀和3000g硝酸鈦,等槽中試劑全部溶解之後,將1000g甘油在快速攪拌下倒入槽液中,直至完全混合均勻,最後加水至10L得到電解液,將Ti-6Al-4V放入配製的溶液中,以Ti-6Al-4V為陽極,石墨為陰極,納秒脈衝脈寬為500 ns,脈衝電壓幅值為600V,即把Ti-6Al-4V置入溶液中,處理3分鐘,而在Ti-6Al-4V表面製備二氧化鈦納米顆粒(見圖2)。納米顆粒均勻分布,粒徑尺寸基本一致,結合更為緻密。
實施例3
首先在一個10L槽中取2/3的蒸餾水,依次溶解5000g碳酸鈉和3500g鋁酸鈉,等槽中試劑全部溶解之後,將1000g三乙醇胺在快速攪拌下倒入槽液中,直至完全混合均勻,最後加水至10L得到電解液,將純鋁放入配製的溶液中,以純鋁為陽極,石墨為陰極,納秒脈衝脈寬為200 ns,脈衝電壓幅值為800V,即把純鋁置入溶液中,處理2分鐘,而在純鋁表面製備氧化鋁納米顆粒(見圖3)。納米顆粒均勻離散分布,粒徑尺寸一致。
以上所述僅是本發明的優選實施方式,應當指出,對於本技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本發明技術原理的前提下,還可以做出若干改進和變形,這些改進和變形也應視為本發明的保護範圍。