纳米多孔铂基金属材料的脱合金法制备及其工艺研究

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纳米多孔金属材料具有纳米尺度的孔隙与韧带,兼具纳米多孔材料和和金属材料两者的特点和优异性能,又因为这种材料的比表面积相比其它材料而言高出几个数量级。因此,在光学、化学、物理等等方面应用存在相当大的应用价值,而且在传感、催化、激发等领域已经被人们广泛应用,并且取得了相当大的成果。那么制备纳米多孔金属材料的方法也是至关重要的,其中脱合金法即去合金化在经过漫长的发展中得到了科研工作者们越来越多的重视。本文采用熔炼、吸铸与轧制相结合的方法,成功制备出了厚度为毫米量级的片状前驱体合金,包括 Cu99.99Pt0.01、Cu99.9Pt0.1、Cu99Pt1、Cu98Pt2、Ni99Pt1(原子配比at.%)。然后把前驱体合金在一定条件下浸泡于一定浓度的酸溶液中进行脱合金处理,制备Pt基纳米多孔金属或双金属材料。腐蚀产物的宏观形貌基本与前驱体合金保持一致,即能维持基本的片状形态。采用X射线衍射,扫描电子显微镜,能量色散光谱仪等手段对前驱体合金以及脱合金产物进行测试和表征。采用单一变量法控制前驱体合金成分、脱合金溶液的浓度以及前驱体薄片厚度这几个因素,用来研究这些因素对脱合金过程和腐蚀产物在宏观和微观上的影响。经过研究发现,本文中Cu-Pt系列前驱体合金薄片由单一的Cu相组成,Pt以固溶的形式存在于Cu晶格中。Ni-Pt系列前驱体合金薄片由单一的Ni相组成,Pt同样以固溶的形式存在于Ni的晶格之中。Cu99.99Pt0.01前驱体合金薄片在较低浓度酸性溶液中呈惰性,基本无法脱合金化,在较高浓度溶液中才能完全脱合金化。Cu-Pt系列其他前驱体合金较低浓度的酸性溶液中均能够完全脱合金化,制备出纳米多孔结构的PtCu材料。随着Cu-Pt系列前驱体合金中Pt含量的增加,腐蚀产物维持宏观形态的能力越来越强,制备的纳米多孔PtCu金属结构中韧带尺寸在逐渐缩小,并且得到具有不同微观结构的纳米多孔材料。该结果说明前驱体合金成分是脱合金过程以及腐蚀产物宏观和微观结构的重要影响因素之一。对Ni99Pt1在不同酸性溶液中的脱合金行为进行研究,发现当溶液浓度越来越大时,前驱体合金薄片越来越难以维持宏观片状形态。在不同浓度的脱合金溶液中,样品的微观结构差异也较大。该结果说明溶液浓度是影响脱合金过程和纳米多孔微观结构的重要因素之一。调整Ni99Pt1前驱体合金薄片厚度,能够得到宏观结构差异不大的腐蚀产物,但其微观结构及尺寸均随着前驱体合金厚度的变化而变化,该结果说明前驱体合金薄片厚度是影响脱合金过程和纳米多孔微观结构的重要因素。研究Zr99Pt1的脱合金产物发现,与Cu-Pt、Ni-Pt系列脱合金相比,在微观结构上具有典型的双连续这一结构特点,由三维贯通的网状结构组成,“岛屿”本身也属于纳米多孔结构,其韧带和孔洞更加细小。调整前驱体合金成分及比例,改变脱合金溶液浓度或调整前驱体合金薄片厚度均能实现对纳米多孔结构的宏观和微观调控,制备出在宏观上保持基本形貌和尺寸,微观由典型双连续孔隙/韧带结构,无明显微观裂纹存在的纳米多孔金属材料。
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