一种纳米多孔金属颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米多孔金属颗粒的制备方法，其包括以下步骤：⑴提供一镁基合金条带，该镁基合金条带的主体组织为非晶相，该镁基合金条带的化学原子计量式为Mg

【技术实现步骤摘要】
一种纳米多孔金属颗粒及其制备方法
本专利技术涉及金属材料
，尤其涉及一种纳米多孔金属颗粒及其制备方法。
技术介绍
纳米多孔金属材料是指孔径在100纳米左右或者更低，孔隙率大于40％，具有高比表面积的多孔固体金属材料。纳米多孔金属材料不但具有大的内表面积，高孔隙率和较均匀的纳米孔，而且具有金属材料的高导热率，高导电率，抗腐蚀等优异性能，因而使其在催化、新能源、光电领域具有重要的应用，如生物、医药用超滤乃至于纳滤介质，燃料电池中高比表面积催化剂载体，医疗诊断中蛋白分子的选择性吸收等。研究结果表明，纳米多孔金属的电化学容量远远大于现有的石墨材料，对于提高电池的续航能力具有飞跃性的提高。另外，纳米多孔金属材料所表现出的表面效应与尺寸效应，使其在电子，光学，微流体以及微观力学等方面亦有着巨大的应用前景。目前，纳米多孔金属材料的制备方法多集中于块体多孔金属材料。通常采用的方法有粉末冶金法、脱合金法、斜入射沉积法、胶体模板法等。其中，去合金法是美国工程师莫里·雷尼于上世纪二十年代专利技术的一种方法。该方法可以通过腐蚀合金中相对活泼的元素来制备纳米多孔金属材料。由于去合金反应前后的材料的宏观尺寸一般变化不大，如果想要获得更小的纳米多孔材料，比如粒径小于5微米的纳米多孔金属颗粒，就需要首先制备同样大小的前驱体合金颗粒。常用的机械球磨等方法粉碎颗粒的极限可达到1微米～5微米，然而，该类方法存在成本高昂、易引入杂质的缺点，并且该类方法仅适用于脆性前驱体合金的破碎。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种成本低、不易引入杂质的纳米多孔金属颗粒的制备方法。通过该制备方法得到的纳米多孔金属颗粒的粒径较小。本专利技术提供一种纳米多孔金属的制备方法，其包括以下步骤：⑴提供一镁基合金条带，该镁基合金条带的主体组织为非晶相，该镁基合金条带的化学原子计量式为MgaXbMcRd，X为Cu、Ag、Au、Pd、Pt、Zr、Ti、Hf、Ta、Nb、Mo中的一种或几种，M为Ni、Cu、Fe、Co中的至少一种，X与M不同时含有Cu，R为稀土元素或者稀土元素与Zn、Al、Li、K、Ca中至少一种的混合，所述MgaXbMcRd中含有Cu、Ni中至少一种，其中，40％≤a≤80％，5％≤b≤30％，5％≤c≤30％，1％≤d≤30％，a+b+c+d＝100％；⑵将该镁基合金条带与第一酸溶液进行第一去合金反应，使该镁基合金条带中Mg与R类原子与所述第一酸溶液中的氢离子反应，形成离子进入溶液，从而得到纳米多孔金属条带，其中所述纳米多孔金属条带含有X原子和M原子；以及⑶将该纳米多孔金属条带加入第二酸溶液中，并同时超声进行第二去合金反应，使得纳米多孔金属条带中的M原子与该第二酸溶液中的氢离子反应，并同时所述纳米多孔金属条带被超声破碎，形成纳米多孔金属颗粒。本专利技术还提供一种采用上述制备方法得到的纳米多孔金属颗粒，所述纳米多孔金属颗粒的大小为0.1微米～10微米，所述纳米多孔金属颗粒中的纳米多孔“系带”(ligaments)的特征尺寸为10纳米～500纳米。与现有技术相比较，本专利技术提供的纳米多孔金属的制备方法具有以下优点：第一，通过依次采用第一酸溶液和第二酸溶液对该镁基合金条带进行两步的去合金化反应。具体的，首先该镁基合金条带中非常活泼的Mg与含稀土元素的R类原子与第一酸溶液的氢离子反应，X原子和M原子保留，得到纳米多孔金属条带；然后在超声的破碎作用下，该纳米多孔金属条带中的中等活泼的M原子与该第二酸溶液中的氢离子反应，而惰性的X原子不与氢离子反应，最终得到纳米多孔金属颗粒。第二，由于该镁基合金条带的主体组织为非晶相，可以保证当镁基合金条带中元素组合达到4种或者超过4种时，其组织仍然为成分较为均匀的单一相，由此有利于两级去合金反应最终形成细小、且颗粒大小较均匀的纳米多孔金属颗粒。第三，通过超声与第二酸溶液的同时作用，使尺寸较大的纳米多孔金属条带进一步碎化成为粒径较小的纳米多孔金属颗粒。具体的，由于纳米多孔金属条带已经成为多孔结构，其具有较高的孔隙率，在第二去合金反应过程中，X原子进一步重组时就容易出现大量结合“失配”的区域，导致多孔“系带”出现裂隙。此时在超声的作用下，该具有裂隙的纳米多孔金属条带将更易被破碎，最终形成粒径更小的纳米多孔金属颗粒。另，本制备方法简单，不易带入杂质，易于操作，适合产业化。通过该制备方法最终得到的纳米多孔金属颗粒的粒径较小，可实现在10微米以下，具有良好的应用前景。附图说明图1为实施例1得到的纳米多孔AgCu条带的扫描电镜低倍照片。图2为实施例1得到的纳米多孔AgCu条带截面的扫描电镜照片。图3为实施例1得到的纳米多孔AgCu条带截面的扫描电镜高倍照片。图4为实施例1得到的纳米多孔AgCu颗粒的扫描电镜照片。图5为实施例1制得的纳米多孔AgCu颗粒在乙醇中超声分散后静置12小时的照片。图6为实施例1得到的纳米多孔AgCu颗粒的透射电镜照片。图7是实施例1制得的纳米多孔AgCu颗粒的透射电镜能谱图。图8为实施例2得到的纳米多孔Ag颗粒的扫描电镜照片。图9是实施例2最终制得的纳米多孔Ag颗粒的透射电镜能谱。图10为实施例3制得的纳米多孔Cu颗粒的透射电镜照片。图11为实施例3制得的纳米多孔Cu颗粒的透射电镜能谱图。如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式以下将对本专利技术提供的纳米多孔金属颗粒及其制备方法作进一步说明。本专利技术提供一种纳米多孔金属颗粒的制备方法，其包括以下步骤：S1，提供一镁基合金条带，该镁基合金条带的主体组织为非晶相，该镁基合金条带的化学原子计量式为MgaXbMcRd，X为Cu、Ag、Au、Pd、Pt、Zr、Ti、Hf、Ta、Nb、Mo中的一种或几种，M为Ni、Cu、Fe、Co中的至少一种，X与M不同时含有Cu，R为稀土元素或者稀土元素与Zn、Al、Li、K、Ca中至少一种的混合，所述MgaXbMcRd中含有Cu、Ni中至少一种，其中，40％≤a≤80％，5％≤b≤30％，5％≤c≤30％，1％≤d≤30％，a+b+c+d＝100％；S2，将该镁基合金条带与第一酸溶液进行第一去合金反应，使该镁基合金条带中Mg与R类原子与所述第一酸溶液中的氢离子反应，形成离子进入溶液，从而得到纳米多孔金属条带，其中所述纳米多孔金属条带含有X原子和M原子；以及S3，将该纳米多孔金属条带加入第二酸溶液中，并同时超声进行第二去合金反应，使得纳米多孔金属条带中的M原子与该第二酸溶液中的氢离子反应，并同时所述纳米多孔金属条带被超声破碎，形成纳米多孔金属颗粒。在步骤S1中，该镁基合金条带的主体组织为非晶相，以保证所述镁基合金条带在第一去合金反应中形成细小且颗粒大小较均匀的纳米多孔金属合金XM。优选的，所述镁基合金条带中的非晶相的体积百分含量大于等于50％。更优选的，所述镁基合金条带中的非晶相的体积百分含量大于等于95％。所述镁基合金条带中不仅含有镁和稀土元素，而且还含有金属元素Ni或Cu，这可使该镁基合金条带具有较高的非晶形成能力。所述镁基合金条带通过以下方法制备：按照配方称取原料；将原料混合并熔融得到合金熔体；以及通过快凝固的方法将该合金熔体制备成薄带状的镁基合金条带，其中所述镁基合金条带的厚度为10微米～100微米，宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米多孔金属颗粒的制备方法，其包括以下步骤：⑴提供一镁基合金条带，该镁基合金条带的主体组织为非晶相，该镁基合金条带的化学原子计量式为Mg

【技术特征摘要】
1.一种纳米多孔金属颗粒的制备方法，其包括以下步骤：⑴提供一镁基合金条带，该镁基合金条带的主体组织为非晶相，该镁基合金条带的化学原子计量式为MgaXbMcRd，X为Cu、Ag、Au、Pd、Pt、Zr、Ti、Hf、Ta、Nb、Mo中的一种或几种，M为Ni、Cu、Fe、Co中的至少一种，X与M不同时含有Cu，R为稀土元素或者稀土元素与Zn、Al、Li、K、Ca中至少一种的混合，所述MgaXbMcRd中含有Cu、Ni中至少一种，其中，40％≤a≤80％，5％≤b≤30％，5％≤c≤30％，1％≤d≤30％，a+b+c+d＝100％；⑵将该镁基合金条带与第一酸溶液进行第一去合金反应，使该镁基合金条带中Mg与R类原子与所述第一酸溶液中的氢离子反应，形成离子进入溶液，从而得到纳米多孔金属条带，其中所述纳米多孔金属条带含有X原子和M原子；以及⑶将该纳米多孔金属条带加入第二酸溶液中，并同时超声进行第二去合金反应，使得纳米多孔金属条带中的M原子与该第二酸溶液中的氢离子反应，并同时所述纳米多孔金属条带被超声破碎，形成纳米多孔金属颗粒。2.如权利要求1所述的纳米多孔金属颗粒的制备方法，其特征在于，在步骤⑴中40％≤a≤75％，3％≤d≤25％。3.如权利要求1所述的纳米多孔金属颗粒的制备方法，其特征在于，在步骤⑴中所述镁基合金条带通过以下方法制备：按照配方称取原料；将原料混合并熔融得到合金熔体；以及通过快凝固的方法将该合金熔体制备成薄带状的镁基合金条带，其中所述镁基合金条带的厚度为10微米～100微米。4.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵远云，常春涛，李润伟，王新敏，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33