專利名稱：一種整體連續(xù)納米多孔銅的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料的制備方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種整體連續(xù)納米多孔銅的 制備方法。
技術(shù)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(jí)的孔徑尺寸使其具有更高的比表面積以及其他獨(dú)特的物理、化學(xué)以及 力學(xué)性能，例如獨(dú)特的電磁性能、更高的化學(xué)活性、更高的強(qiáng)度等。因此，納米多孔 金屬具有巨大的應(yīng)用潛力，目前開(kāi)展的應(yīng)用研究主要有催化、激發(fā)、傳感、表面增強(qiáng) 拉曼散射等。目前應(yīng)用的納米多孔銅主要是在水汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)中的雷尼銅(U. S. Patent No. 1563587)催化劑，其原始合金范圍一般銅的含量不超過(guò)50wt.。/。。并且，雷尼銅是非 整體性的。由于其主要性質(zhì)是高的比表面積，因此非整體性對(duì)其在催化領(lǐng)域的應(yīng)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(xué)、電化學(xué)腐蝕從Mn0.7Cu0.3固溶體 中制備了 16~125nm的納米多孔銅，同時(shí)，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(duì)雙 相的62Cu-38Zr合金噴鍍薄膜進(jìn)行腐蝕，獲得了直徑為500nm的均一多孔銅。但是， 在相應(yīng)的塊體合金中Zr是無(wú)法腐蝕掉的。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種整體連續(xù)納米多孔銅的制 備方法。該方法成本低、工藝簡(jiǎn)單、納米多孔結(jié)構(gòu)可控；制備出的納米多孔銅是整體 連續(xù)的；同時(shí)可制備出塊體的納米多孔材料。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的所述的整體連續(xù)納米多孔銅的制備方法，包括以下步驟(1) 將純金屬鋁、銅加熱到熔融態(tài)，充分?jǐn)嚢杌旌铣葾l-Cu合金液；所述Al-Cu 合金液中Cu所占原子百分比為30-55%，其余為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(tài)金屬在高速旋轉(zhuǎn)的銅輥上 快速凝固，制備出合金條帶；或者在金屬銅模中凝固，制備出合金片或合金棒；所述 惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤猓栊詺怏w的壓力為0.05-lMPa;所述液態(tài)金屬的冷卻速度為 l~106K/s。(3) 將上述制得的合金進(jìn)行脫合金化處理，然后在蒸餾水中清洗至中性，晾干即制 成納米多孔銅；所述脫合金化處理的具體過(guò)程為于75 95'C下的鹽酸溶液中反應(yīng)l-4 小時(shí)；或于氫氧化鈉溶液中在室溫反應(yīng)l-5小時(shí)，然后將合金在蒸餾水中清洗至中性， 再于9(TC的鹽酸溶液中反應(yīng)，合金條帶的反應(yīng)時(shí)間為1-3小時(shí)，合金片或合金棒的反 應(yīng)時(shí)間為4-15小時(shí)。所述鹽酸溶液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.1~37%，優(yōu)選為5%;所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量百 分?jǐn)?shù)為1~34%，優(yōu)選為20%。制備的合金條帶厚度為10~200pm，寬度為l~50mm，長(zhǎng)度為0.5~50cm;制備的合 金片厚度為lmm、寬度為5mm、長(zhǎng)度為l~10cm;制備的合金棒直徑為lmm、長(zhǎng)度為 l~10cm。本發(fā)明的制備方法與現(xiàn)有的納米多孔銅制備工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)該方 法制備的納米多孔銅是整體連續(xù)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(jiǎn)便，適宜大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。(3)該方法可制備出整體連續(xù)的 納米多孔銅塊體材料。(4)本方法可根據(jù)母合金的成分和腐蝕溶液的種類，調(diào)控納米 多孔銅的結(jié)構(gòu)和尺寸。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 實(shí)施例一(1)按照原子百分比30%Cu，其余為Al的配比，將Al-Cu合金放入熔煉爐中加熱到熔融狀態(tài)，經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢枋蛊浜辖鸹?。用氬氣將熔融的液體在O.lMPa 壓力下快速吹出，在高速旋轉(zhuǎn)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(zhǎng)度為1~5厘米的合金條帶。(2) 在85"C下的5 wt.M鹽酸溶液中反應(yīng)1小時(shí)，至沒(méi)有明顯的反應(yīng)氣泡產(chǎn) 生，停止加熱。(3) 將反應(yīng)后的產(chǎn)品收集，用蒸餾水反復(fù)沖洗至化學(xué)腐蝕溶液完全洗凈(廣 泛pH試紙檢驗(yàn)沖洗蒸餾水呈中性)。然后在25'C下晾干并保存。該樣品呈多孔分 布，由100~1000nm的顆粒組成。實(shí)施例二(1) 按照原子百分比40%Cu，其余為A1的配比，將Al-Cu合金放入熔煉爐 中加熱到熔融狀態(tài)，經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢枋蛊浜辖鸹Ｓ玫獨(dú)鈱⑷廴诘囊后w在0.5MPa 壓力下快速吹出，在高速旋轉(zhuǎn)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(zhǎng)度為5~20厘米的合金條帶。(2) 在95。C下的10wt.。/。鹽酸溶液中反應(yīng)2小時(shí)，沒(méi)有明顯的反應(yīng)氣泡產(chǎn)生， 停止加熱。(3) 將反應(yīng)后的產(chǎn)品收集，用蒸餾水反復(fù)沖洗至化學(xué)腐蝕溶液完全洗凈(廣 泛pH試紙檢驗(yàn)沖洗蒸餾水呈中性)。然后在25'C下晾干并保存。該納米多孔銅由 100~200nm的納米顆粒和100~300nm的韌帶組成。實(shí)施例三(1) 按照原子百分比40%Cu,其余為Al的配比，將Al-Cu合金放入熔煉爐 中加熱到熔融狀態(tài)，經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢枋蛊浜辖鸹?。用氬氣將熔融的液體在lMPa壓 力下快速吹出，使熔融的液態(tài)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(zhǎng)度為4cm，或者直徑為lmm、長(zhǎng)度為 6cm的合金棒。(2) 在室溫下于20 wt.。/。氫氧化鈉溶液中反應(yīng)5小時(shí)，然后將合金在蒸餾水 中洗至中性，再與5wt.。/。鹽酸溶液在9(TC反應(yīng)15小時(shí)。(3)將反應(yīng)后的產(chǎn)品收集，用蒸餾水反復(fù)沖洗至化學(xué)腐蝕溶液完全洗凈(廣 泛pH試紙檢驗(yàn)沖洗蒸餾水呈中性)。然后在25'C下晾干并保存。該多孔銅的孔徑 韌帶分布為200~500nm。 實(shí)施例四(1) 按照原子百分比55%Cu，其余為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(tài)，經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢枋蛊浜辖鸹?。用氮?dú)鈱⑷廴诘囊后w在 0.05MPa壓力下快速吹出，在高速旋轉(zhuǎn)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(zhǎng)度為5 20厘米的合金條帶。(2) 在室溫下于34 wt.y。氫氧化鈉溶液反應(yīng)2小時(shí)，然后將合金在蒸餾水中 洗至中性，再與0.1wt.。/。鹽酸溶液在9(TC反應(yīng)3小時(shí)。(3) 將反應(yīng)后的產(chǎn)品收集，用蒸餾水反復(fù)沖洗至化學(xué)腐蝕溶液完全洗凈(廣 泛pH試紙檢驗(yàn)沖洗蒸餾水呈中性)。然后在25'C下晾干并保存。該多孔銅的孔徑 韌帶分布為300 500nm。實(shí)施例五除反應(yīng)溫度為75'C，腐蝕溶液為0.1wt.o/。鹽酸，反應(yīng)時(shí)間為4小時(shí)外，其他 操作同實(shí)施例一。該多孔銅的孔徑韌帶分布為100~700nm。 實(shí)施例六除反應(yīng)溫度為95°C，腐蝕溶液為37wt.n/。鹽酸，反應(yīng)時(shí)間為1小時(shí)外，其他 操作同實(shí)施例一。該多孔銅的孔徑韌帶分布為300 1000nm。 實(shí)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(shí)施例三。該 多孔銅的孔徑韌帶分布為200~500nm。
權(quán)利要求
1.一種整體連續(xù)納米多孔銅的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)將純金屬鋁、銅加熱到熔融態(tài)，充分?jǐn)嚢杌旌铣葾l-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(tài)金屬在高速旋轉(zhuǎn)的銅輥上快速凝固，制備出合金條帶；或者在金屬銅模中凝固，制備出合金片或合金棒；(3)將上述制得的合金進(jìn)行脫合金化處理，然后在蒸餾水中清洗至中性，晾干即制成納米多孔銅。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米多孔銅的制備方法，其特征在于步驟(1)所述A1-Cll合金液中Cu所占原子百分比為30-55%,其余為Al。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米多孔銅的制備方法，其特征在于步驟(3)所述脫合金化處理過(guò)程為于75 95"C下的鹽酸溶液中反應(yīng)l-4小時(shí)；或先于氫氧化鈉溶液，在室溫下反應(yīng)l-5小時(shí)，然后將合金在蒸餾水中清洗至中性，再于9(TC的鹽酸溶液中反應(yīng)，合金條帶的反應(yīng)時(shí)間為1-3小時(shí)，合金片或合金棒的反應(yīng)時(shí)間為4-15小時(shí)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米多孔銅的制備方法，其特征在于所述鹽酸溶液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.1~37%;所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1~34%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米多孔銅的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤?，惰性氣體的壓力為0.05-lMPa。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米多孔銅的制備方法，其特征在于步驟(2)中液態(tài)合金的冷卻速度為l 106K/s。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的納米多孔銅的制備方法，其特征在于所述鹽酸溶液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5%;所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米多孔銅的制備方法，其特征在于步驟(2)中制備的合金條帶厚度為10 20(Him，寬度為l~50mm，長(zhǎng)度為0.5~50cm;制備的合金片厚度為lmm、寬度為 、長(zhǎng)度為l-10cm;制備的合金棒直徑為lmm、長(zhǎng)度為l~10cm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種整體連續(xù)納米多孔銅的制備方法，包括以下步驟(1)將純金屬鋁、銅加熱到熔融態(tài)，充分?jǐn)嚢杌旌铣葾l-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(tài)金屬在高速旋轉(zhuǎn)的銅輥上快速凝固，制備出合金條帶；或者在金屬銅模中凝固，制備出合金片或合金棒；(3)將上述制得的合金進(jìn)行脫合金化處理，然后在蒸餾水中清洗至中性，晾干即制成納米多孔銅。本發(fā)明有益效果是(1)所制備的納米多孔銅是整體連續(xù)的，也可制備出整體連續(xù)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(jiǎn)便，適宜大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。(3)可根據(jù)母合金的成分和腐蝕溶液的種類，調(diào)控納米多孔銅的結(jié)構(gòu)和尺寸。
文檔編號(hào)C23F1/44GK101596598SQ20091001665
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月1日
發(fā)明者張忠華, 艷 王, 振 祁 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)