超輕泡沫金屬的簡易高效制備及其性能研究.pdf

1、超輕泡沫材料具有超低的密度、高比表面積、吸收沖擊能等特點(diǎn)，在催化劑載體、能量吸收等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。目前，成功制備的密度小于10mg/cm3的超輕泡沫材料非常少，主要由碳、硅等非金屬輕元素構(gòu)成。由于金屬相對于碳等非金屬比重大，要制備孔隙率大于99％或密度小于10mg/cm3的超輕金屬泡沫宏觀體面臨更大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的制備方法只能獲得孔隙率為40%~97%的泡沫金屬，而超輕非金屬泡沫的制備方法對于金屬泡沫并不適用。迄今為止，尚未找到工

2、藝簡單、成本低廉的制備超輕泡沫金屬的通用方法。
　　本文選取一種廉價(jià)的日用清潔海綿-三聚氰胺泡沫為模板，以傳統(tǒng)的化學(xué)鍍?yōu)榛A(chǔ)，首次采用無鈀活化工藝，成功制備了銀、鎳、鈷、銅等多種超輕泡沫金屬宏觀體。孔隙率均在99.5%以上，最輕的泡沫鎳密度僅7.4mg/cm3，孔隙率高達(dá)99.9%。
　　采用無活化一步法進(jìn)行化學(xué)鍍銀，在泡沫模板三維尺度形成了連續(xù)的超薄銀膜，研究了不同工藝條件下銀膜的結(jié)構(gòu)及其形成機(jī)理。結(jié)果表明：此工藝過程與銀

3、鏡反應(yīng)相同，工藝簡單；銀鍍層均勻連續(xù)，最薄的銀層厚度僅200nm，和理論計(jì)算結(jié)果相符；鍍層的形成機(jī)理表明，控制溶液的濃度和反應(yīng)溫度，可以改變化學(xué)鍍銀的形核和長大速度，從而形成不同結(jié)構(gòu)的鍍層；無活化一步法化學(xué)鍍銀的最佳工藝條件為：反應(yīng)溶液為20g/L AgNO3、100ml/L氨水、100g/L葡萄糖，反應(yīng)溫度為20℃。
　　采用化學(xué)鍍銀三聚氰胺泡沫，加熱去除模板后，成功制備了密度低至18.7mg/cm3的超輕泡沫銀?？紫堵矢哌_(dá)99

4、.8%，是目前已知最輕的泡沫銀宏觀體。研究了不同工藝對泡沫銀微觀結(jié)構(gòu)的影響，測試了不同結(jié)構(gòu)泡沫銀的壓縮性能，利用掃描電子顯微鏡原位觀測了隨溫度變化泡沫銀的形成過程。結(jié)果表明：化學(xué)鍍銀泡沫經(jīng)燒結(jié)處理即獲得超輕泡沫銀宏觀體；泡沫銀由不同壁厚的中空銀管構(gòu)成，泡沫銀的結(jié)構(gòu)和燒結(jié)溫度有關(guān)，燒結(jié)溫度從660℃升高到700℃時(shí)，組成泡沫銀的空心管轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)心結(jié)構(gòu)，泡沫銀密度增大；超輕泡沫銀的壓縮強(qiáng)度隨孔隙率增大而降低，中空管構(gòu)成的泡沫銀具有更大的壓縮強(qiáng)

5、度；對泡沫銀制備過程進(jìn)行原位觀察發(fā)現(xiàn)，銀在較低的溫度下會發(fā)生再結(jié)晶和長大，組成泡沫銀的銀絲徑會發(fā)生結(jié)構(gòu)變化并產(chǎn)生收縮，使泡沫銀宏觀體和去除模板前相比出現(xiàn)了體積收縮。
　　以化學(xué)鍍銀泡沫為基體，實(shí)現(xiàn)了銀層上無鈀活化的自觸發(fā)化學(xué)鍍鎳，獲得Ni/Ag/Ni三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合鍍層，形成的超薄連續(xù)鍍鎳層厚度僅50nm。經(jīng)燒結(jié)處理即獲得超輕泡沫鎳。研究了無鈀化學(xué)鍍鎳的鍍層結(jié)構(gòu)及其形成機(jī)理，研究了泡沫鎳的制備工藝、結(jié)構(gòu)和壓縮性能。結(jié)果表明：化學(xué)鍍鎳

6、能夠在無鈀活化的銀層上進(jìn)行，機(jī)理研究表明超薄連續(xù)銀層的良好導(dǎo)電性促進(jìn)了三維化學(xué)鍍鎳層的產(chǎn)生；去除模板后產(chǎn)物為超輕鎳銀復(fù)合泡沫，其孔壁由Ni/Ag/Ni三明治結(jié)構(gòu)金屬層組成，機(jī)理分析表明化學(xué)鍍鎳的強(qiáng)驅(qū)動力和氫氣的產(chǎn)生促進(jìn)了三明治結(jié)構(gòu)的形成；超輕泡沫鎳密度低至7.4mg/cm3，孔隙率高達(dá)99.9%；其壓縮曲線具有超長的壓縮平臺區(qū)，平臺應(yīng)變可達(dá)到82%，并且應(yīng)力在平臺區(qū)內(nèi)保持不變，從而使泡沫鎳的能量吸收效率高達(dá)98%。
　　采用化學(xué)鍍

7、銀泡沫，同樣采用無鈀活化工藝進(jìn)行化學(xué)鍍鈷、化學(xué)鍍銅后制備了超輕泡沫鈷、超輕泡沫銅。研究了制備工藝、結(jié)構(gòu)和泡沫鈷的壓縮性能。結(jié)果表明：采用無鈀活化法在高分子表面進(jìn)行化學(xué)鍍鈷，形成了厚度為150nm的超薄連續(xù)鍍鈷層，經(jīng)過燒結(jié)即獲得超輕泡沫鈷。泡沫鈷的孔壁由Co/Ag雙層結(jié)構(gòu)金屬層組成，密度低至12.7mg/cm3，孔隙率高達(dá)99.9%；其壓縮曲線與超輕泡沫鎳相似，壓縮平臺應(yīng)力可以在應(yīng)變87%內(nèi)保持不變；
　　銀層上化學(xué)鍍的機(jī)理表明，金