[發(fā)明專利]一種基于Ag基非晶合金制備納米多孔銀的方法

有效

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• 申請日: 2013-05-20
• 公開（公告）號: CN103255441A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉雄軍;李睿;王輝;吳淵;呂昭平
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學
• 主分類號: C25C5/00
• 分類號: C25C5/00;C22F1/14;C25F3/14
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

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技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及的是納米多孔金屬材料的設(shè)計與制備技術(shù)，具體的說是，先采用熔體快淬的方法制備出Ag-Mg-Ca非晶合金薄帶，然后再采用電化學腐蝕將合金中的Mg和Ca進行脫合金處理，從而設(shè)計制備出一系列孔結(jié)構(gòu)可控、性能優(yōu)異的納米多孔銀材料。

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背景技術(shù)：

納米多孔金屬是近年來發(fā)展起來的一類新型納米結(jié)構(gòu)材料。由于它具有高表面積、低密度、高通透性、高導電導熱性、結(jié)構(gòu)靈活可調(diào)等特點，納米多孔金屬顯示出了一系列獨特的力學、物理和化學性能，有望在生物、醫(yī)藥、化工、能源等領(lǐng)域得到廣泛的應用。例如：以納米多孔金薄膜負載二氧化錳納米粒子作為電極的超級電容器性能比常規(guī)高比表面碳材料的性能提高了10倍，顯示了納米多孔金屬在新能源技術(shù)領(lǐng)域不同尋常的應用價值。因此，納米多孔金屬材料目前已引起了學術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，迅速發(fā)展成為新材料和納米技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。

目前，主要采用脫合金法對晶態(tài)合金進行選擇性腐蝕制備納米多孔金屬材料，一般是對一些固溶體合金進行脫合金處理，如Au-Ag、Al-Zn等二元固溶體合金。由于初始合金的微觀組織結(jié)構(gòu)對脫合金產(chǎn)物的微觀形貌和多孔結(jié)構(gòu)起著決定性的作用，這就意味著以晶態(tài)合金作為初始合金制備納米多孔金屬必然會受成分的限制（即：存在一個組分閥值），因為形成多相組織的合金成分不利于形成均勻的納米多孔結(jié)構(gòu)。

相對于晶態(tài)合金，非晶合金具有單一的相組成，有利于在脫合金過程中形成均勻的多孔結(jié)構(gòu)；即使小到亞納米尺度，非晶合金還具有均勻的成分和結(jié)構(gòu)，有利于通過一次脫合金處理形成小孔徑的多孔結(jié)構(gòu)；多組元非晶合金的成分范圍較寬，組元可調(diào)，便于通過合金成分設(shè)計實現(xiàn)納米多孔金屬的微結(jié)構(gòu)調(diào)控。由于上述優(yōu)勢，以非晶合金作為初始合金，采取脫合金處理方法制備納米多孔金屬材料逐漸得到重視。

然而迄今以來，以非晶態(tài)合金為初始合金前驅(qū)體制備納米多孔金屬材料的研究甚少。主要原因是：一方面，對大多數(shù)合金體系而言，其非晶形成能力有限，獲得非晶態(tài)合金要比獲得晶態(tài)合金困難得多；另一方面非晶合金往往是成分復雜的多組元體系，脫合金處理困難。目前，只有以Au基、Pd基以及Cu基非晶合金為初始合金前驅(qū)體通過腐蝕方法脫合金后得到納米多孔金屬的少量報道。這主要是因為采用非晶合金作為初始合金進行脫合金化處理的難度很大：一方面，塊體非晶合金的形成對成分異常敏感，要得到滿足選擇性腐蝕所要求的電位差的非晶合金成分比較困難；另外一方面，大多數(shù)非晶合金都具有良好的抗腐蝕能力，要對其進行腐蝕必須選擇好合適的腐蝕液。

相對于納米多孔金和納米多孔鈀，納米多孔銀具有更優(yōu)異的表面增強拉曼散射（SERS）效應和生物傳感性，而且價格低廉，具有更為廣闊的實際應用前景。目前在納米多孔銀的制備過程中，主要采用晶態(tài)合金作為前驅(qū)體，但在制備過程中遇到的一系列問題：1、可用的成分范圍窄；2、制備得到的孔徑不均勻；3、制備得到的納米多孔材料的純度不高；4、腐蝕液不環(huán)保等。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種微結(jié)構(gòu)可控、性能優(yōu)異的納米多孔銀材料的制備方法，采用熔體快淬和去合金成分腐蝕相結(jié)合的方法，以Ag-Mg-Ca非晶合金作為前驅(qū)體，選擇無毒環(huán)保的MgCl₂水溶液作為腐蝕液，采用電化學腐蝕方法對前驅(qū)體合金中的Mg和Ca進行脫合金處理，制備出一系列微結(jié)構(gòu)可控、性能優(yōu)異的納米多孔銀材料。下面所述納米多孔銀材料的具體制備步驟：

（1）以Ag-Mg-Ca非晶合金系列作為前驅(qū)體，選擇高純度Ag，Mg，Ca金屬（Ag，Mg，Ca純度分別為99.99?wt%，99.99?wt%，99?wt%）作為原材料，根據(jù)名義成分Ag_xMg_yCa_z（其中40<x<70，10<y<30，10<z<30，且x+y+z=100，所標成分為原子百分比）配制預合金成分。

（2）按照預合金錠質(zhì)量為5克左右，根據(jù)（1）中的名義成分稱取適量的Ag、Ca、Mg金屬放置在剛玉坩堝中，并將剛玉坩堝置入石英管中，先預抽真空并充入高純氬氣后將石英管密封。然后通過感應熔煉得到的Ag-Mg-Ca預合金錠。

（3）將Ag-Mg-Ca合金錠加熱至熔融狀態(tài)，然后用高純氬氣（>99.9?wt%）將合金熔體吹至高速旋轉(zhuǎn)的銅輥表面，由于銅輥的強冷卻作用，Ag-Mg-Ca合金熔體快速凝固得到非晶態(tài)的合金薄帶。