[發明專利]利用形狀記憶合金表面浮凸實現薄膜拉伸彈性應變的方法

有效

• 申請號: 201310000764.6
• 申請日: 2013-01-04
• 公開（公告）號: CN103045828A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 張利強;崔立山;邵陽;姜大強;楊峰;杜敏疏;郭云鵬;郭方敏
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: C21D6/04
• 分類號: C21D6/04;C21D1/26;C23C14/28;C23C14/08
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮

技術領域

本發明涉及一種利用形狀記憶合金表面浮凸實現薄膜拉伸彈性應變的方法，屬于形狀記憶合成材料應用技術領域。

背景技術

納米薄膜指的是在襯底表面上由原子、分子或離子沉積形成的厚度小于100nm的二維材料，它兼具一般薄膜和納米材料的優越性能。

納米薄膜在電學、光學、磁學、催化等領域具有廣闊的應用前景，然而，由于材料本身的物理和化學性能所限，納米薄膜的性能還不能滿足人們的要求，因此人們嘗試使用摻雜、晶格錯配等多種手段來實現材料功能特性的調節，這些方法的根本就是利用摻雜、晶格畸變來改變原子間距來調節材料的物理和化學等特性，進而優化材料各項性能，人們將這項工作稱之為彈性應變工程。

通常人們大多采用晶格錯配或者摻雜等方法來實現納米薄膜材料的彈性應變工程，然而這些方法大多工藝復雜，成本高昂，變形量小且難于控制。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種實現薄膜拉伸彈性應變的方法，其是采用形狀記憶合金的表面浮凸來帶動納米薄膜實現拉伸彈性應變，該方法具有簡單易行等特點。

為達到上述目的，本發明提供了一種利用形狀記憶合金表面浮凸實現納米薄膜拉伸彈性應變的方法，其包括以下步驟：

在形狀記憶合金襯底的表面進行沉積得到納米薄膜，然后對帶有納米薄膜的形狀記憶合金襯底進行低溫深冷處理使所述形狀記憶合金襯底發生馬氏體相變，形成浮凸褶皺，從而使納米薄膜產生拉伸彈性應變。

在上述方法中，優選地，所采用的形狀記憶合金為FeNiCoTi形狀記憶合金。

在上述方法中，優選地，所采用的形狀記憶合金襯底是通過以下步驟制備的：

根據Fe∶Ni∶Co∶Ti＝55∶31∶10∶4的重量比選取純度在99.9wt.％以上的單質鐵、單質鎳、單質鈷和單質鈦；

將單質鐵、單質鎳、單質鈷和單質鈦放入真空度高于10^-1Pa或惰性氣體保護的熔煉爐中，熔煉成FeNiCoTi形狀記憶合金材料，得到鑄錠；

在真空度高于10^-1Pa的真空中或惰性氣體保護中在800-1050℃對鑄錠進行均勻化退火5-60h；

將退火后的鑄錠進行冷軋和950℃再結晶退火，得到直徑為10-15mm(優選為12mm)的棒材；

將棒材經過1100-1300℃熱處理10-30min(優選為1200℃熱處理10min)后，進行水淬火；

將經過水淬火的棒材切成1-3mm厚(優選為2mm)的薄片，經過打磨拋光得到所述形狀記憶合金襯底。

在上述方法中，優選地，所述納米薄膜為ZnO、TiO₂、CuO、Cu₂O或Co₃O₄納米薄膜等。

在上述方法中，優選地，沉積是通過脈沖激光沉積進行的。更優選地，上述沉積包括以下步驟：

將制備納米薄膜的陶瓷靶放入脈沖激光沉積裝置的生長室中，保持陶瓷靶與襯底的距離為4.5cm；

將生長室真空度抽至10^-3Pa以下，保持形狀記憶合金襯底在室溫或者將形狀記憶合金襯底加熱升溫到300-600℃，生長室內通入O₂，控制生長室內的壓強為0.001-100Pa；

開啟激光器，使激光束聚焦到陶瓷靶的靶面燒蝕靶材，在形狀記憶合金襯底表面沉積得到納米薄膜，激光能量為340mJ，頻率為5Hz。

在上述方法中，優選地，低溫深冷處理是指：將帶有納米薄膜的形狀記憶合金樣品置于冷卻液中保持2分鐘，使所述形狀記憶合金襯底發生馬氏體相變，形成浮凸褶皺，從而使納米薄膜產生拉伸彈性應變。

在上述方法中，優選地，所述冷卻液為液氮或液氮與乙醇的混合物，冷卻溫度為-30℃至-120℃。更優選地，在上述液氮與乙醇的混合物中，液氮與乙醇的體積比為1∶1-1∶2。

本發明還提供了一種具有大彈性應變的納米薄膜，其是通過上述的方法制備的。該納米薄膜可以為ZnO、TiO₂、CuO、Cu₂O或Co₃O₄納米薄膜。

通過本發明所提供的方法制備的納米薄膜在室溫的條件下拉伸彈性應變狀態可以穩定存在。本發明所提供的方法對納米薄膜的種類和面積大小沒有限制，在實際的生產生活中有著非常重要的實用價值。

與現有技術相比，本發明所提供的技術方案具有以下技術效果：