脫合金化方法制備納米多孔銅.pdf

1、納米多孔金屬材料不但具有納米孔的小孔徑尺寸、高孔隙率和大比表面積，還保留了金屬材料的高導(dǎo)電率、高導(dǎo)熱率、抗腐蝕、抗疲勞等特性，這些優(yōu)良性能使其成為納米技術(shù)和多孔材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。制備納米多孔材料主要有模板法和脫合金化法兩種。模板法是通過(guò)復(fù)制模板結(jié)構(gòu)而得到所需的多孔結(jié)構(gòu)。脫合金法，也稱為選擇性腐蝕，是利用合金中不同組分之間的化學(xué)活潑性差異，通過(guò)化學(xué)或者電化學(xué)方法選擇性地除去較為活潑的一個(gè)或者多個(gè)組分(有時(shí)稱為賤組分)，剩余組分(也被稱為

2、貴組分)通過(guò)原子擴(kuò)散、聚集等方式自發(fā)形成三維雙連續(xù)的多孔金屬。相比于模板法，脫合金化法制備納米多孔金屬材料的工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，且可對(duì)納米多孔金屬材料的孔洞排列方式和孔徑尺寸進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。因此本論文優(yōu)先采用脫合金化法，針對(duì)納米多孔銅的制備及其電催化性能檢測(cè)兩方面，展開(kāi)了如下的研究工作:
　　 (1)采用脫合金自由腐蝕Mn70Cu30合金的方法，通過(guò)控制腐蝕時(shí)間得到不同Mn-Cu原子百分比的多孔銅或多孔合金?；诓煌g時(shí)間樣品的微觀形

3、貌，結(jié)合Erlebacher等人提出的表面擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)模型，提出了Mn70Cu30合金在脫合金腐蝕過(guò)程中，多孔結(jié)構(gòu)的形成、演變過(guò)程。井對(duì)不同腐蝕時(shí)間樣品的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分形表征，提出了分形維數(shù)(Df)數(shù)值的變化與腐蝕時(shí)間的關(guān)系，根據(jù)Df數(shù)值的增大、減小變化趨勢(shì)，將Mn70Cu30合金薄帶的脫合金過(guò)程分為三個(gè)階段。
　　 (2)以Al-Cu合金薄帶為前驅(qū)體，采用脫合金自由腐蝕化法成功制備納米多孔銅，且其孔隙結(jié)構(gòu)為雙重孔隙結(jié)構(gòu)，大孔的孔

4、徑在微米級(jí)范圍內(nèi)，小孔的孔徑尺寸在納米級(jí)范圍內(nèi)(約l00nm)。系統(tǒng)地研究了前驅(qū)體合金薄帶中元素成分比、脫合金腐蝕溶液的選擇及退火工藝對(duì)最終樣品微觀形貌及孔徑尺寸的影響，并從合金相組成及銅的表面擴(kuò)散的角度解釋了各種影響形成的原因。對(duì)于含有AlCu相的Al65Cu35合金，觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，脫合金腐蝕后形成的樣品中，橢圓形島狀結(jié)構(gòu)分布在多孔結(jié)構(gòu)中，因此難以形成三維貫通的孔結(jié)構(gòu)，這是由于AlCu相中的Al原子不易被腐蝕掉造成的。對(duì)于Al85Cu15

5、合金合金薄帶，最優(yōu)退火溫度為200℃，較低的退火溫度難以使前驅(qū)體合金組分均勻，所形成的多孔結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，較高退火溫度則會(huì)大大增加多孔結(jié)構(gòu)的孔徑尺寸。
　　 (3)通過(guò)磁控濺射法制備出Al-Cu非晶薄膜，進(jìn)行脫合金腐蝕后，Al原子被選擇性腐蝕掉，剩余的銅原子通過(guò)表面擴(kuò)散形成Cu團(tuán)簇顆粒，顆粒與顆粒之間形成納米級(jí)的多孔結(jié)構(gòu)，但與Al-Cu合金薄帶脫合金形成的骨架狀的納米多孔結(jié)構(gòu)不同。
　　 (4)采用循環(huán)伏安法檢測(cè)納米多孔銅對(duì)