一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料科學(xué)與工程領(lǐng)域，特別涉及一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬納米材料因?yàn)槠涑叽缧?yīng)和表面效應(yīng)，能夠表現(xiàn)出與宏觀塊體材料迥然不同的特性，在表面改性、傳感、光學(xué)、催化以及能源轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存等多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用潛力。因而探索簡(jiǎn)單易行的合成方法用于制備各種形態(tài)的金屬微納米結(jié)構(gòu)是微納米科學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要課題，研宄結(jié)果具有重要使用價(jià)值。
[0003]目前已有多種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)金屬微納米結(jié)構(gòu)的合成與制備，例如氣相物理沉積、氣相化學(xué)沉積、溶液凝膠法、電弧放電法、濺射沉積法、模板法等。但大多數(shù)合成方法均對(duì)合成設(shè)備的要求較高，或者合成步驟復(fù)雜，使得合成成本較高，并且不利于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0004]化學(xué)脫合金法是新近開發(fā)出的新型金屬微納米結(jié)構(gòu)制備方法，因其操作簡(jiǎn)便、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、可控性強(qiáng)以及易于工業(yè)化生產(chǎn)而受到微納米科學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而，常規(guī)的化學(xué)脫合金法僅能用于制備金屬微納米多孔結(jié)構(gòu)，難以實(shí)現(xiàn)其他復(fù)雜金屬微納米結(jié)構(gòu)的制備，從而大大限制了化學(xué)脫合金法的應(yīng)用。
[0005]為了解決化學(xué)脫合金法的缺陷，本發(fā)明提出采用對(duì)母合金成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，結(jié)合簡(jiǎn)單的單步室溫化學(xué)脫合金方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)反應(yīng)過程的控制，拓展了化學(xué)脫合金法應(yīng)用范圍，制備出了 Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)雜金屬微納米結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供新型單步化學(xué)脫合金制備復(fù)雜微納米結(jié)構(gòu)方法，在對(duì)母合金成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控的基礎(chǔ)上，采用簡(jiǎn)單的單步室溫化學(xué)脫合金法制備出Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)雜金屬微納米結(jié)構(gòu)，為制備復(fù)雜金屬微納米結(jié)構(gòu)提供新的技術(shù)途徑。
[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法。
[0008]一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法，包括如下步驟:
[0009]步驟1:制備Zr-Cu-Ag-Al-O合金:將純Zr、純Cu、純Ag和純Al按比例進(jìn)行混合，在氬氣與空氣的混合氣氛中，反復(fù)多次進(jìn)行熔煉，待試樣成分均勻后冷卻得到Zr-Cu-Ag-Al-O 合金錠；
[0010]步驟2:制備Zr-Cu-Ag-Al-O帶:將步驟I中所得Zr-Cu-Ag-Al-O合金錠制備成Zr-Cu-Ag-Al-O 合金帶；
[0011]步驟3:脫合金:將步驟2中所得Zr-Cu-Ag-Al-O合金帶截成適宜長(zhǎng)度，并置于氫氟酸溶液中，在室溫下放置進(jìn)行化學(xué)脫合金；
[0012]步驟4:清洗干燥:將步驟3中所得脫合金后的Zr-Cu-Ag-Al-O合金帶取出，分別使用去離子水和酒精浸泡清洗，然后在空氣中干燥，得到Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)。
[0013]所述步驟I中純Zr、純Cu、純Ag和純Al的原子比為Zr:Cu:Ag:A1 = 38:41:8:7。
[0014]所述步驟I中氬氣與適量空氣的混合氣的總壓強(qiáng)為0.05MPa，其中空氣的體積分?jǐn)?shù)為0.01%?0.1%，可根據(jù)熔煉爐內(nèi)腔大小進(jìn)行調(diào)整。
[0015]所述步驟I中熔煉過程采用采用電弧熔煉或感應(yīng)熔煉等方法。
[0016]所述步驟I中所得Zr-Cu-Ag-Al-O合金錠的氧含量為5 %?10 %。
[0017]所述步驟2中制備Zr-Cu-Ag-Al-O帶采用單棍旋淬的方法。
[0018]所述步驟2中所得Zr-Cu-Ag-Al-O合金帶的厚度為20 μπι?100 μπι，寬度大于2mm，長(zhǎng)度為2m以上。
[0019]所述步驟3中將步驟2中所得Zr-Cu-Ag-Al-O合金帶截?cái)噙M(jìn)行脫合金，截?cái)嗪蟮拈L(zhǎng)度為20mm?60mm。
[0020]所述步驟3中氫氟酸溶液的濃度為0.05mol/Lo
[0021]所述步驟3中化學(xué)脫合金時(shí)間為24小時(shí)。
[0022]所述Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)呈納米多孔狀，孔徑和韌帶尺寸均不大于lOOnm，該結(jié)構(gòu)表面為Ag殼層，內(nèi)核由金屬Cu、Ag構(gòu)成。
[0023]本發(fā)明的有益效果為:
[0024]1.相較于其他金屬微納米結(jié)構(gòu)制備方法，本方法所需設(shè)備簡(jiǎn)易，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)；
[0025]2.無需消耗能源，能耗低，生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境無污染；
[0026]3.可控性強(qiáng)，產(chǎn)品重復(fù)性好。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中所得Zr38Cu41Ag8Al7O7合金帶和化學(xué)脫合金后得到的Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)的XRD圖譜；
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中所得Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)掃描電子顯微鏡(SEM)照片;
[0029]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中所得Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)的能譜圖；
[0030]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中所得Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)的(a)透射電鏡(TEM)照片和(b)對(duì)應(yīng)的選區(qū)電子衍射花樣圖；
[0031]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中所得Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)的(a)透射電鏡高分辨照片和(b)TEM暗場(chǎng)像照片，其中插圖1和插圖2分別為(a)中區(qū)域I和區(qū)域2快速傅里葉變換后的結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明提供了一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0033]實(shí)施例1
[0034]制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)，包括以下步驟:
[0035]步驟1:制備Zr-Cu-Ag-Al-O合金:將純Zr、純Cu、純Ag和純Al進(jìn)行混合，在0.05MPa氬氣與空氣的混合氣氛中(空氣體積含量約為0.05% )電弧熔煉三次使樣品均勻，冷卻后得到Zr38Cu41Ag8Al7O7合金錠；
[0036]步驟2:制備Zr38Cu41Ag8Al7(V^金帶:將步驟I中所得Zr 38014#/1707合金采用單棍旋淬系統(tǒng)進(jìn)行制備成寬度約為6mm、厚度約為70 μm的合金帶。
[0037]步驟3:脫合金:配置濃度為0.05mol/L的氫氟酸溶液，將步驟2中所得Zr38Cu41Ag8Al7O7合金帶截成長(zhǎng)度約為2cm的小段，并置于體積為IL的濃度為0.05mol/L的氫氟酸溶液中，在室溫下放置進(jìn)行化學(xué)脫合金約24小時(shí)；
[0038]步驟4:清洗干燥:將步驟3中所得脫合金后的Zr38Cu41Ag8Al7O7合金帶取出，分別使用去離子水和酒精浸泡清洗，然后在空氣中干燥，此時(shí)Zr38Cu41Ag8Al7O7合金帶表面即形成Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)。
[0039]圖1為本實(shí)施例中所述的Zr38Cu41Ag8Al707合金帶和化學(xué)脫合金后得到的Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)的XRD圖譜。從圖中可以看到，脫合金前Zr38Cu41Ag8Al7O7合金帶由非晶相和少量晶化相組成，化學(xué)脫合金后，樣品由純Ag和純Cu相構(gòu)成。
[0040]圖2為本實(shí)施例中所述Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)的SEM照片。從圖中可以看到，該結(jié)構(gòu)的孔洞具有兩種典型尺寸，一種約為15nm，另一種約為40nm，韌帶直徑約為60nm。
[0041]圖3為本實(shí)施例中所述Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)的能譜圖。從圖中看到，該結(jié)構(gòu)只包含Cu和Ag元素。經(jīng)過測(cè)定，該結(jié)構(gòu)成分約為Cu44Ag56。
[0042]圖4為本實(shí)施例中所述Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)的(a)透射電鏡(TEM)照片和(b)對(duì)應(yīng)的選區(qū)電子衍射花樣。從(a)中可以看到，該結(jié)構(gòu)的孔洞具有兩種典型尺寸，一種約為15nm，另一種約為40nm，韌帶直徑約為60nmo
[0043]圖5為實(shí)施例中所述Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)的(a)透射電鏡高分辨照片和(b)選取Ag的衍射斑得到的TEM暗場(chǎng)像照片。對(duì)(a)中的晶格間距進(jìn)行標(biāo)定后，發(fā)現(xiàn)表層由Ag原子構(gòu)成。對(duì)(a)中Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)表面部分和中心部分進(jìn)行快速傅里葉變換，插圖1和插圖2為快速傅里葉變換結(jié)果。對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)表層由Ag構(gòu)成，中心部分由Ag和Cu構(gòu)成。(b)為選取Ag的衍射斑得到的TEM暗場(chǎng)像照片，可以發(fā)現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)的表面邊界亮度較高，從而說明試樣具有一層Ag的外殼。綜上所述，該結(jié)構(gòu)為具有Ag殼層的Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:制備Zr-Cu-Ag-Al-O合金:將純Zr、純Cu、純Ag和純Al按比例進(jìn)行混合，在氬氣與空氣的混合氣氛中，反復(fù)多次進(jìn)行熔煉，待試樣成分均勻后冷卻得到Zr-Cu-Ag-Al-O合金錠； 步驟2:制備Zr-Cu-Ag-Al-O帶:將步驟I中所得Zr-Cu-Ag-Al-O合金錠制備成Zr-Cu-Ag-Al-O 合金帶； 步驟3:脫合金:將步驟2中所得Zr-Cu-Ag-Al-O合金帶置于氫氟酸溶液中，在室溫下放置進(jìn)行化學(xué)脫合金； 步驟4:清洗干燥:將步驟3中所得脫合金后的Zr-Cu-Ag-Al-O合金帶取出，分別使用去離子水和酒精浸泡清洗，然后在空氣中干燥，得到Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法，其特征在于，所述步驟I中純Zr、純Cu、純Ag和純Al的原子比為Zr:Cu:Ag:A1 = 38:41:8:7。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法，其特征在于，所述步驟I中氬氣與適量空氣的混合氣的總壓強(qiáng)為0.05MPa，其中空氣的體積分?jǐn)?shù)為 0.01%?0.1%ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法，其特征在于，所述步驟I中熔煉過程采用采用電弧熔煉或感應(yīng)熔煉方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法，其特征在于，所述步驟I中所得Zr-Cu-Ag-Al-O合金錠的氧含量為5%?10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法，其特征在于，所述步驟2中制備Zr-Cu-Ag-Al-O帶采用單棍旋淬的方法。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法，其特征在于，所述步驟2中所得Zr-Cu-Ag-Al-O合金帶的厚度為20 μπι?100 μm，寬度大于2mm，長(zhǎng)度為2m以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法，其特征在于，所述步驟3中將步驟2中所得Zr-Cu-Ag-Al-O合金帶截?cái)噙M(jìn)行脫合金，截?cái)嗪蟮拈L(zhǎng)度為20mm?60mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法，其特征在于，所述步驟3中氫氟酸溶液的濃度為0.05mol/Lo
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法，其特征在于，所述步驟3中化學(xué)脫合金時(shí)間為24小時(shí)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法，其特征在于，所述Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)呈納米多孔狀，孔徑和韌帶尺寸均不大于lOOnm，該結(jié)構(gòu)表面為Ag殼層，內(nèi)核由金屬Cu、Ag構(gòu)成。
【專利摘要】本發(fā)明屬于材料科學(xué)與工程領(lǐng)域，特別涉及一種單步化學(xué)脫合金制備Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)方法。本發(fā)明方法在對(duì)母合金成分與結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控的基礎(chǔ)上，采用簡(jiǎn)單的單步室溫化學(xué)脫合金，實(shí)現(xiàn)了Ag-Cu納米多孔核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)雜金屬微納米結(jié)構(gòu)的制備。本發(fā)明提出的新型單步化學(xué)脫合金制備復(fù)雜金屬微納米結(jié)構(gòu)方法，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、成本低廉、產(chǎn)品重現(xiàn)性好、可控性強(qiáng)、適合大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。
【IPC分類】C22C3-00, C22C1-08
【公開號(hào)】CN104532048
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410814749
【發(fā)明人】姚可夫, 劉學(xué), 邵洋, 陳娜
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月23日