[發明專利]一種鎂納米線薄膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110308343.4
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113061860B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 梁慧
• 申請（專利權）人: 徐州工程學院
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/18;C23C14/16;B82Y40/00;B82Y30/00;H01M8/04082
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 戴嵩瑋

本發明涉及金屬薄膜技術領域，提供了一種鎂納米線薄膜的制備方法，本發明通過控制基底的傾斜角度和基底溫度來控制納米Mg薄膜的形貌。其中，當磁控濺射基底的傾斜角度為60°α89°，傾斜入射，沉積過程中，鎂原子的擴散發生在磁控濺射束在膜表面上的投影的方向上，并且在平行于膜表面的方向上的擴散僅由入射角決定，可以使鎂納米線生長為直徑均勻且鎂納米線分布均勻；當基底的溫度為25～100℃時，能夠得到分離良好的鎂納米線。實驗結果表明，當基底溫度為25℃，基底的傾斜角度為85°時，鎂納米線薄膜中鎂納米線分散良好，納米線的直徑為25～50nm，可以作為儲氫固體材料。

技術領域

本發明涉及金屬薄膜技術領域，尤其涉及一種鎂納米線薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

隨著全球變暖問題和化石燃料消耗的增加，水電、太陽能和風能等可再生能源正日益取代傳統燃料。與化石燃料相比，氫具有更高的化學能，且在燃料電池中產生的廢氣是水蒸氣，沒有任何其他溫室氣體或有害排放物。因此，氫相對于傳統燃料具有巨大的應用潛力。然而，在將氫作為一種經濟可行的燃料之前，需要解決氫的生產、分配和儲存問題，特別是氫的儲存問題亟需解決。由于固態材料與氣體或液體相比具有更高的體積密度且更為安全，因此，目前常采用固態材料對氫進行存儲來解決氫的存儲問題。

在儲存氫的固態材料中，鎂具有含量豐富、低成本、低密度、低毒性和高氫容量和可逆性的特性，使得鎂是常用的存氫固態材料。但是，該材料存在脫附溫度高和吸氫動力慢和鎂極易被氧氧化的缺陷，使得氫不易在其中擴散。多年來，多種研究致力于解決上述問題。比如Energy Rev. 2017 , 72, 523–534.研究了通過在催化劑材料存在(或不存在)下的機械球磨來減少Mg/MgH₂(小于1 μm)顆粒的尺寸，從而顯著改善固態材料的吸附動力學。然而，這種方法得到的Mg/MgH₂顆粒尺寸仍然較大，只能改善固態材料的吸附動力學，而不能改善熱力學參數。因此，需要進一步獲得更小尺寸的Mg/MgH₂顆粒尺寸，來實現同時解決鎂儲氫材料脫附溫度高、吸氫動力慢和鎂極易被氧氧化的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鎂納米線薄膜及其制備方法和應用，本發明制備的鎂納米線薄膜中鎂納米線尺寸較小，鎂納米線直徑可以達到25~50 nm。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種鎂納米線薄膜的制備方法，采用磁控濺射在基底上沉積鎂納米線薄膜，

所述磁控濺射的靶材為Mg靶；

所述Mg靶與基底之間的距離為60 ~80 mm；

所述磁控濺射在氬氣保護下進行；

所述磁控濺射時基底的溫度為25~100℃；

所述磁控濺射時基底的傾斜角度60°α89°。

優選地，所述基底包括導電硅晶片、SiO₂片或Al₂O₃片。

優選地，所述Mg靶的純度大于等于99.99wt%。

優選地，所述磁控濺射時基底的溫度為25~80℃。

優選地，所述磁控濺射的功率為20~100 W。

優選地，所述磁控濺射時的工作氣壓為0.13~1.3 Pa。

優選地，所述磁控濺射的時間為10~60 min。

本發明還提供了上述技術方案所述制備方法制備的鎂納米線薄膜，所述鎂納米線薄膜中鎂納米線的直徑為20~100 nm。

本發明還提供了上述技術方案所述的鎂納米線薄膜作為儲氫固態材料的應用。