[發明專利]一種離子液體/添加劑體系低溫電沉積制備納米鋁或納米鋁鍍層的方法

有效

• 申請號: 201110204292.7
• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN102888630A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 呂興梅;劉戀;張鎖江;張香平;鄭勇;張親親
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C25D3/44
• 分類號: C25D3/44;C25D5/20;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種采用離子液體/添加劑體系電沉積制備納米鋁或納米鋁鍍層的方法。屬于有色冶金領域。

背景技術

鋁元素在地殼中的含量僅次于氧和硅，居第三位，是地殼中含量最豐富的金屬元素。鋁是僅次于鋼鐵的第二大金屬材料，占有色金屬總產量的一半，具有優異的物理化學性能，用途極其廣泛，與國民經濟的關聯度高達91％，是國民經濟發展和國防建設必不可少的重要基礎原材料。

在日常生活中，各種鋁制品已經被人們大量使用。納米鋁作為一種新型材料，主要應用領域有三個方面，包括火箭推進劑、炸藥添加劑和太陽能電池板的鋁背場。這三個方面對于國家的局勢和經濟發展具有非常重要的意義。然而，普通鋁粉和微米級鋁粉由于長的點火延遲和慢的燃燒動力限制了使用。在推進劑燃燒表面上凝結成大的“集塊”，延長了燃燒時間。同時，有可能產生燃燒不完全、增加紅外信號、噴管的兩相流損失和形成羽煙狀的氣體排出等缺陷。與普通鋁粉相比，納米鋁粉具有燃燒更快、放熱量更大的特點，與同樣含量普通鋁粉相比較，燃燒速率可以提高70％。納米鋁的大規模制備和應用研究關系到我國國防建設的發展和高科技產品的開發。制備納米鋁的方法主要有蒸發冷凝法、線爆炸法、機械化學法、脈沖激光剝蝕法、電弧放電法和溶液化學法等。雖然納米鋁在應用方面具有很重要的價值，可是目前的制備方法成本昂貴、產量小，制約著納米鋁在應用方面的發展。因此，發展新型的低成本、產量大的納米鋁制備方法具有極其重要的意義。

離子液體是一種完全由有機陽離子和無機或有機陰離子所組成的一類新型化合物，具有熔點低(通常接近甚至低于室溫)、不易揮發、電化學窗口寬、導電性好、液態范圍寬等優異特性。基于離子液體優異的物化性能，尤其是電化學性能，已經在多種離子液體中實現了鋁的電沉積。但在常見的離子液體中很難得到納米級的鋁顆粒，通常沉積層所得顆粒粒徑均為微米級，且沉積層疏松、粗糙。此外，雖然在一些特殊的離子液體體系(例如：[BMP]NTf₂)中可以得到納米級沉積層，但是這類離子液體通常價格昂貴、制備困難，極大的限制了其應用推廣。添加劑可以在結晶生長點上選擇性吸附，抑制結晶的生長，促進晶核的形成。因此，在常規離子液體體系中添加適宜的添加劑可以改變沉積層的性質，使沉積層致密、光滑、平整，并最終得到納米鋁。離子液體/添加劑體系可以在較低的溫度下得到納米材料，反應易控制、能耗小，且無副反應，得到的納米鋁質量好、電流效率高，通過調節添加劑的用量及配方能夠更好地控制納米鋁的尺寸，降低成本，應用前景廣闊。

發明內容

本發明的目的在于克服現有納米鋁制備方法成本昂貴、產量小等問題，提供一種離子液體/添加劑體系低溫電沉積制備納米鋁的方法，此方法反應溫度低、能耗小，得到的納米鋁質量好、電流效率高，能夠更好地控制納米鋁的尺寸，降低成本。

本發明采用離子液體/添加劑體系低溫電沉積制備納米鋁的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟：

(1)離子液體放置在裝有五氧化二磷的真空干燥箱中，恒溫真空干燥24～48h；

(2)在手套箱內，惰性氣體氮氣或氬氣保護下，在磁力攪拌器的攪拌下緩慢向離子液體中加入三氯化鋁，按照一定配比混合形成低溫離子液體電解液，在恒溫條件下攪拌均勻；

(3)根據需要選擇加入質量分數為0.01％～50％的添加劑，攪拌均勻；

(4)陰極基體材料的表面性質直接影響鍍層與基底的結合程度以及鍍層的致密性。故在實驗前需要對基體進行鍍前預處理，方法如下：砂紙打磨→清洗→化學除油→水洗→酸洗→水洗→丙酮浸泡→干燥→稀釋后的濃鹽酸和濃硫酸的混酸中活化處理→去離子水清洗→干燥；

(5)陽極采用鋁、石墨、陶瓷、玻璃碳等，陽極與陰極之間的距離為0.5～15cm；

(6)在電解槽中加入適量的電解液，在氮氣或氬氣保護條件下，恒定電解溫度為20℃～300℃，選擇適當的電壓及攪拌速度，在電流密度為10～150A/m²的條件下進行直流電沉積制備納米鋁沉積層。

(7)在電沉積過程中伴有超聲的操作條件下，可在電解槽內得到納米鋁粉。在手套箱內用乙腈、丙酮等有機溶劑對納米鋁粉進行清洗，干燥后放入油浴中保存。