一種納米多孔鈦的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米多孔鈦的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米多孔材料自問(wèn)世以來(lái)，由于其具有諸多優(yōu)異性能而受到了極大的關(guān)注。現(xiàn)已通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明納米多孔材料在光催化、化學(xué)催化、電極材料、活化、傳感、選擇性過(guò)濾、減震降噪、環(huán)境保護(hù)、表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)等領(lǐng)域擁有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值，這些都?xì)w功于納米多孔材料極大比表面積和其具有的獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)。
[0003]目前研究較多的是利用相應(yīng)的合金作為前驅(qū)體，通過(guò)去合金化的方法制備具有納米尺度的Pt、Au、Ag、等貴重金屬的多孔材料。近幾年來(lái)，出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，一些材料工作者開(kāi)始轉(zhuǎn)而利用非貴金屬合金制備相應(yīng)的納米多孔材料，例如np-Cu，np-Ni，np-Pb、np-Nb、np-Mn等?，F(xiàn)有的去合金化法制備納米多孔材料所使用的前驅(qū)體多為固溶體，而對(duì)單相的金屬間化合物研究較少，而且現(xiàn)有的研究成果注重于對(duì)其三維多孔結(jié)構(gòu)的形成規(guī)律和電化學(xué)性能的分析，對(duì)于納米多孔結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理多從擴(kuò)散的角度予以解釋，而對(duì)前驅(qū)體合金在去合金化過(guò)程中的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變并沒(méi)有太多深入的研究。絕大多數(shù)利用去合金化法制備納米多孔材料還僅僅局限于實(shí)驗(yàn)室研究，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有制備方法較復(fù)雜且成本高，不利于工程應(yīng)用的問(wèn)題，而提供一種納米多孔鈦的制備方法。
[0005]本發(fā)明一種納米多孔鈦的制備方法具體是按以下步驟進(jìn)行:
[0006]—、制備前驅(qū)體:將TixAly金屬間化合物前驅(qū)體采用線切割和預(yù)磨機(jī)磨制進(jìn)行處理，得到厚度為10 μ m?200 μ m的去合金試樣；
[0007]二、去合金化:將步驟一中得到的厚度為10 μπι?200 μπι的去合金試樣進(jìn)行去合金化處理，得到去合金化后的試樣；
[0008]三、后續(xù)處理:將去合金化后的試樣取出，先用去離子水反復(fù)沖洗，共沖洗120?150s，然后再放入無(wú)水乙醇中，利用超聲波清洗Smin?lOmin，以移除殘留的其它雜質(zhì)附著物，將濕潤(rùn)狀態(tài)下的試樣放入真空干燥箱中，干燥5h?8h，即可得到納米多孔鈦。
[0009]本發(fā)明的原理:本發(fā)明是利用Ti3Al、TiAl, TiAl3金屬間化合物作為前驅(qū)體，通過(guò)去合金化的方法制備納米多孔鈦，主要有兩個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。創(chuàng)新點(diǎn)一是采用單相的金屬間化合物而不是固溶體作為前驅(qū)體，特別是利用Ti3Al、TiAUTiAl3=種金屬間化合物制備納米多孔鈦還沒(méi)有文獻(xiàn)報(bào)道；創(chuàng)新點(diǎn)二是與貴金屬相比，Ti是“賤”金屬，比較經(jīng)濟(jì)，與其它非貴金屬相比，Ti的密度小、耐蝕性能好。納米多孔鈦在催化、傳感、氣體儲(chǔ)存和吸附等方面具有十分優(yōu)良的性能。
[0010]生物相容性是鈦及鈦合金特有的性質(zhì)，但是致密的鈦或鈦合金的彈性模量與自然骨骼不匹配，且其抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度都比人骨高得多，會(huì)導(dǎo)致載荷不能由植入體很好的傳入相鄰的骨骼組織，形成應(yīng)力屏蔽，造成植入體周?chē)霈F(xiàn)骨應(yīng)力吸收現(xiàn)象，最終導(dǎo)致植入體的松動(dòng)和斷裂。而通過(guò)去合金化將致密鈦?zhàn)兂删哂屑{米多孔結(jié)構(gòu)的鈦，可以使植入體更加接近于人骨的強(qiáng)度和彈性模量，獨(dú)特的納米多孔結(jié)構(gòu)有利于成骨細(xì)胞的粘附、增殖和分化，促使新骨組織長(zhǎng)入孔隙，使植入體與骨之間形成生物固定，并最終形成一個(gè)整體。
[0011]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明過(guò)程簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原材料易得，實(shí)驗(yàn)條件容易控制；傳統(tǒng)的貴金屬相比較，鈦屬于“賤”金屬，因此與其它貴金屬多孔材料相比，納米多孔鈦可以有效地降低成本；其它“賤”金屬相比，鈦具有比強(qiáng)度高，耐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此納米多孔鈦可以應(yīng)用于酸堿等惡劣的環(huán)境中。鈦及鈦合金是極好的生物材料，而納米多孔鈦在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有更為廣闊的應(yīng)用前景；將納米多孔鈦?zhàn)龀沙?jí)電容器，發(fā)現(xiàn)其比電容高達(dá)38.5F/g0
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為實(shí)施例一得到的納米多孔鈦的表面形貌圖；
[0013]圖2為實(shí)施例二得到的納米多孔鈦的表面形貌圖；
[0014]圖3為實(shí)施例五得到的納米多孔鈦的表面形貌圖；
[0015]圖4為實(shí)施例六得到的納米多孔鈦的表面形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式一種納米多孔鈦的制備方法具體是按以下步驟進(jìn)行:
[0017]—、制備前驅(qū)體:將TixAly金屬間化合物前驅(qū)體采用線切割和預(yù)磨機(jī)磨制進(jìn)行處理，得到厚度為10 μ m?200 μ m的去合金試樣；
[0018]二、去合金化:將步驟一中得到的厚度為10 μπι?200 μπι的去合金試樣進(jìn)行去合金化處理，得到去合金化后的試樣；
[0019]三、后續(xù)處理:將去合金化后的試樣取出，先用去離子水反復(fù)沖洗，共沖洗120s?150s，然后再放入無(wú)水乙醇中，利用超聲波清洗Smin?lOmin，以移除殘留的其它雜質(zhì)附著物，將濕潤(rùn)狀態(tài)下的試樣放入真空干燥箱中，干燥5h?8h，即可得到納米多孔鈦。
[0020]本實(shí)施方式步驟一中所述TixAly金屬間化合物前驅(qū)體是通過(guò)對(duì)純Al和純Ti進(jìn)行鑄造、鍛造、乳制和甩帶制得的。
[0021]本實(shí)施方式步驟二中所述去合金化也叫選擇性腐蝕，是指組成合金的各元素或各相之間的電位差相差較大，通過(guò)化學(xué)或電化學(xué)作用，將相對(duì)活潑的合金元素溶解掉，而剩余的惰性元素通過(guò)原子的擴(kuò)散、自重組作用，形成具有納米尺度的三維、連續(xù)、開(kāi)口的多孔結(jié)構(gòu)。對(duì)于T1-Al系合金而言，通過(guò)查詢標(biāo)注電極電位手冊(cè)可以確定，Al的氫標(biāo)電勢(shì)為-2.300V，而在堿性溶液中，通過(guò)計(jì)算可以得出Ti的氫標(biāo)電勢(shì)為-0.882V，可見(jiàn)Ti與Al兩種元素間具有較大的電極電位差值，滿足去合金化發(fā)生的條件，因此通過(guò)化學(xué)去合金化處理或電化學(xué)去合金化處理的方法都可以獲得納米多孔鈦。
[0022]本實(shí)施方式過(guò)程簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原材料易得，實(shí)驗(yàn)條件容易控制；傳統(tǒng)的貴金屬相比較，鈦屬于“賤”金屬，因此與其它貴金屬多孔材料相比，納米多孔鈦可以有效地降低成本；其它“賤”金屬相比，鈦具有比強(qiáng)度高，耐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此納米多孔鈦可以應(yīng)用于酸堿等惡劣的環(huán)境中。鈦及鈦合金是極好的生物材料，而納米多孔鈦在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有更為廣闊的應(yīng)用前景；將納米多孔鈦?zhàn)龀沙?jí)電容器，發(fā)現(xiàn)其比電容高達(dá)38.5F/g。
[0023]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟一所述屬間化合物為T(mén)i3Al、TiAl或TiAl3。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0024]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:步驟二中所述去合金化處理是將步驟一中得到的厚度為10 μπι?200 μπι的去合金試樣放在腐蝕液中進(jìn)行化學(xué)去合金化處理；所述腐蝕液為濃度為0.lmol/L?lOmol/L的酸性溶液或濃度為
0.lmol/L?lOmol/L的堿性溶液，去合金化處理的溫度為15°C?95°C，去合金化處理的時(shí)間為2h?120h。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】三不同的是:所述腐蝕液為濃度為lmol/L?5mol/L的酸性溶液；所述酸性溶液為HCl溶液、H2SO4溶液或HNO 3溶液。其它與【具體實(shí)施方式】三相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】三至四不同的是:所述腐蝕液為濃度為lmol/L?5mol/L的堿性溶液；所述堿性溶液為NaOH溶液或KOH溶液。其它與【具體實(shí)施方式】三至四相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:步驟二中所述去合金化處理是將步驟一中得到的厚度為10 μ m?200 μ m的去合金試樣放在電解液中通以-2.5V?3V的電壓進(jìn)行電化學(xué)去合金化處理；所述電解液為濃度為0.1mol/L?10mol/L的酸性溶液、濃度為0.lmol/L?10mol/L的堿性溶液或濃度為0.lmol/L?1moI/L的中性溶液，去合金化處理的溫度為15°C?95°C，去合金化處理的時(shí)間為5min?360min。其它與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】六不同的是:所述電解液為濃度為lmol/L?5mol/L的酸性溶液、濃度為lmol/L?5mol/L的堿性溶液或濃度為lmol/L?5mol/L的中性溶液。其它與【具體實(shí)施方式】六相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】六或七不同的是:所述酸性溶液為HCl溶液、H2SO4溶液或HNO 3溶液。其它與【具體實(shí)施方式】六或七相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】六至八之一不同的是:所述堿性溶液為NaOH溶液或KOH溶液。其它與【具體實(shí)施方式】六至八之一相同。
[0031]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】六至九之一不同的是:所述中性溶液為NaCl溶液。其它與【具體實(shí)施方式】六至九之一相同。
[0032]通過(guò)以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0033]實(shí)施例一:一種納米多孔鈦的制備方法具體是按以下步驟進(jìn)行:
[0034]—、制備前驅(qū)體:將Ti3Al金屬間化合物前驅(qū)體采用線切割成直徑為10mm，厚度為400 μπι的薄片，然后分別用800#、2000#砂紙打磨，再用機(jī)械拋光將試樣表面拋至光亮，得到厚度為100 μπι的去合金試樣；
[0035]二、去合金化:將步驟一中得到的厚度為ΙΟΟμπι的去合金試樣放在腐蝕液中進(jìn)行化學(xué)去合金化處理；所述腐蝕液為濃度為lmol/L的NaOH溶液，去合金化處理的溫度為25°C，去合金化處理的時(shí)間為120h，得到去合金化后的試樣；
[0036]三、后續(xù)處理:將去合金化后的試樣取出，先用去離子水反復(fù)沖洗，共沖洗120s，然后再放入無(wú)水乙醇中，利用超聲波清洗8min，以移除殘留的其它雜質(zhì)附著物，將濕潤(rùn)狀態(tài)下的試樣放入真空干燥箱中，干燥8h，即可得到納米多孔鈦。
[0037]圖1為實(shí)施例一得到的納米多孔鈦的表面形貌圖；從圖中可以看出納米多孔鈦的表面形貌類似于韌窩斷裂的斷口，但是每個(gè)韌窩內(nèi)均有納米級(jí)的孔洞，孔徑在10?120nm不等。
[0038]實(shí)施例二:一種納米多孔鈦的制備方法具體是按以下步驟進(jìn)行:
[0039]—、制備前驅(qū)體:將Ti3Al金屬間化合物前驅(qū)體采用線切割成直徑為10mm，厚度為400 μπι的薄片，然后分別用800#、2000#砂紙打磨，再用機(jī)械拋光將試樣表面拋至光亮，得到厚度