一种微米级开孔金属银泡沫及其制备方法技术

本发明专利技术属于金属材料领域，具体涉及一种微米级开孔金属银泡沫及其制备方法。本发明专利技术利用聚乙烯醇水凝胶为模板和还原剂，硝酸银为前驱体，将PVA和硝酸银混合成复合凝胶，经过干燥或发泡，制备成多孔PVA/AgNO3复合泡沫材料，再经过在氧气氛围内在165～700℃下热致变制备成金属银泡沫。本发明专利技术方法具有能耗小，反应温度低，反应时间短，操作简单等优点，且所需银含量小。

【技术实现步骤摘要】
一种微米级开孔金属银泡沫及其制备方法
本专利技术属于金属材料领域，具体涉及一种微米级开孔金属银泡沫及其制备方法。
技术介绍
金属银泡沫由刚性骨架和内部孔洞组成，结构新颖、应用范围广泛。它具有孔隙率高、密度小、比表面积大、导热系数低、导电能力优异、吸音减震力强、电磁屏蔽等特性。近年来，金属银泡沫的研究也越发广泛，由于其优良的物理化学性质，在实际很多领域均有潜在有利的应用。在催化领域，由于其较大的孔隙率和比表面积，使得金属银泡沫相对于普通催化剂拥有更多的反应位点，大大增加反应物与催化剂的接触面积，从而很大程度上提高了催化效率，并且其刚性骨架耐冲刷，稳定性好，同时也保证了催化剂的使用寿命，金属银泡沫无论本身的催化特性，或者用于催化剂载体，都有明显的优势。同时金属银泡沫较大的比表面积，可以更快地进行热交换，因此也是制备热交换器的理想材料。再者，在电池应用中，多孔金属由于其连续的孔壁结构，导电性好，减少电路损失，可以用作电极反应载体，减轻电极重量，可以用于新型电极的制备。此外，金属泡沫的吸音减震、微孔吸附等特性在建筑、交通运输、石油化工、电子通信等领域均有潜在有利的应用。目前国内外泡沫银的制备方法在不断创新之中，其中主要依赖于烧结法、电沉积法、去合金法和氧化还原法，技术创新还在不断发展中，如粒子自组装、喷墨打印、自蔓延高温合成等。电沉积法是将含有金属离子溶液为电镀液，使用电镀的方法，将金属离子电化学还原沉积在泡沫结构中，最后一般通过除掉泡沫基体，得到拥有基体泡沫结构形貌的金属泡沫。常用的基体为高分子泡沫，如多孔树脂、聚酯、烯聚合物和聚酰胺等。由于电沉积法制得的金属泡沫具有孔隙率高，泡孔结构可控，泡孔分布相对均匀，是目前国内外金属泡沫的研究中常用的制备方法。电沉积法流程一般分为四步：预处理、导电化处理、电镀和还原烧结。采用电沉积法制备的银泡沫，由于模板作用，泡沫结构形态较好，并且其吸声系数大，具有良好的机械性能，是制备现有制备银泡沫的一种普遍方法。制得的银泡沫能耐高温、耐水和耐强气流的冲刷，化学稳定性好，在各种运作条件下都能有效的工作。电沉积方法可以获得微米或纳米级的泡孔结构，但是电沉积会造成一定孔隙的堵塞，减少孔隙率和孔密度。沉积速率与施加的电流直接相关，因此，电沉积方法是用于快速处理粗糙涂层的方法，因此孔的形状尺寸的控制以及孔隙率是相对较差的。去合金法是利用合金中组分之间的电位差，可以通过调整电解质溶液进行选择性溶解，从而制得海绵状具有三维连续的多孔结构。现有研究中一般采用银锂合金或银铝合金，采用水或者酸碱作为选择性腐蚀液。去合金法制备银泡沫，孔尺寸和形态都与晶粒尺寸和金属含量相关，同时制得的泡孔结构受腐蚀液、温度、合金的均匀程度等控制，并且在操作过程中需保证在选择性去除一种金属时不会破坏晶粒网络，同时受扩散因子的影响，样品的厚度受到限制，且一般时间较长，会有一定量的杂质金属残留。金属粉末烧结法采用金属颗粒或者金属纤维为原料，与添加剂粉末(糖类、填料等)进行混合，通过压力成型，使得内部致密化，通过烧结，内部形成泡孔结构。此方法的关键在于选择合适的烧结工艺，在近年来的研究也在不断发展中。该方法制得泡沫具有特殊的结构，充分发挥各组元材料的特性。在此过程中通常采用球形粉末。用球形粉末作原料的优点突出，会使制备的泡沫金属孔径更加容易控制，同时泡沫结构形态良好。但是烧结法一般需要很高的温度，造价高，同时需要控制好参数防止过热和熔化带来的致密化和团聚。氧化还原法可以通过将银氧化物与还原剂的混合，在特定条件下进行反应而制得泡沫结构。因此为了制备微孔结构，一般来说均会使用模板或者填料进行形态控制，最后进行模板的烧结移除；而模板的移除一般是通过高温或者腐蚀液移除的形式；高温能耗高，而由于渗透原理，腐蚀液移除则会有厚度要求，并且会产生废液。金属银泡沫的制备方法还在不断的研究改进中，罗远辉等(罗远辉,郭琳,蒋汉嬴,杨松青.泡沫银制备工艺研究[J].有色金属(冶炼部分),2002,05:43-45.)利用聚氨酯泡沫为模板，硫代硫酸银为电镀液，通过电沉积得到了孔隙率高于95％的银泡沫，并研究了过程中实验条件，如温度、时间等对其性能的影响。通过调整工艺可制备催化剂，为甲醛的催化生产提供了新的思路，并就此提出了银泡沫催化剂的主要技术指标。T.Y.WU等(WuTY,WangX,HuangJC,etal.CharacterizationandFunctionalApplicationsofNanoporousAgFoamsPreparedbyChemicalDealloying[J].MetallurgicalandMaterialsTransactionsB,2015,46(5):2296-2304.)利用去合金的方法，以银铝合金为样，以盐酸溶液为腐蚀液，制得孔尺寸为100-400nm的开孔银泡沫。SeksakAsavavisithchai等(AsavavisithchaiS,NisaratanapornE,BoonyongmaneeratY.ANovelMethodtoProduceSilverFoamswithMulti-levelPorosities[J].ChiangMaiJournalofScience,2009,36(3):296-301.)利用粉末冶金的方法，将Ag2SO4粉末在NaOH-甘油混合物中进行预还原，得到表面附有银单质Ag2SO4粒子，通过与一定量的食糖混合冷压进行结构调整，在600℃条件下烧结5小时后进行再还原后处理，制得了孔隙率为65％银泡沫，并且含有体积分数为55％的500um左右和10％左右10um的多分散的泡孔。BinJiang等(JiangB,ZhaoQ,HeC,etal.Anovelmethodforsynthesizingultralightsilverfoamsbythesilvermirrorreaction[J].MaterialsLetters,2016,173:80-83.)以密胺树脂泡沫为模板，以银镜反应为中心，使得单质银生长在密胺树脂泡沫模板上，最后再在700℃高温下煅烧，使得密胺树脂分解，制得密度为18.7mg/cm3的银泡沫。但是现有方法存在各种各样的问题，如能耗大、时间长、泡沫结构形态可控性差、无法大规模生产等问题。因此，寻求一种简单快捷且低能耗的金属银泡沫的制备方法就显得尤为重要。
技术实现思路
针对现有制备金属银泡沫存在的问题，本专利技术提供了一种新的微米级开孔金属银泡沫的制备方法。本专利技术主要采用氧化还原法，将还原剂和模板剂结合，模板分解与银粒子的堆积同时进行，具有能耗小、反应温度低、反应时间短、操作简单、所需银含量少等优点。本专利技术制备方法利用聚乙烯醇(PVA)水凝胶为模板剂和还原剂，硝酸银(AgNO3)为前驱体，将PVA和AgNO3混合成复合凝胶；复合凝胶经过发泡或干燥制备成多孔PVA/AgNO3复合泡沫；复合泡沫在一定温度下热致变而成开孔金属银泡沫。本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种微米级开孔金属银泡沫的制备方法。该制备方法包括以下步骤：将聚乙烯醇、硝酸银、交联剂溶于水，交联得到PVA/AgNO3复合水凝胶，然后干燥或发泡形成PVA/AgNO3复合泡沫，最后在氧气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.微米级开孔金属银泡沫的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将聚乙烯醇、硝酸银、交联剂溶于水，交联得到PVA/AgNO3复合水凝胶，然后干燥或发泡形成PVA/AgNO3复合泡沫，最后在氧气或空气氛围下热致变，得到微米级开孔金属银泡沫。

【技术特征摘要】
1.微米级开孔金属银泡沫的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将聚乙烯醇、硝酸银、交联剂溶于水，交联得到PVA/AgNO3复合水凝胶，然后干燥或发泡形成PVA/AgNO3复合泡沫，最后在氧气或空气氛围下热致变，得到微米级开孔金属银泡沫。2.根据权利要求1所述的微米级开孔金属银泡沫的制备方法，其特征在于：所述热致变的温度为165～700℃；优选165～300℃。3.根据权利要求1或2所述的微米级开孔金属银泡沫的制备方法，其特征在于：先将聚乙烯醇溶于水中配成聚乙烯醇水溶液，再加入硝酸银、交联剂。4.根据权利要求1～3任一项所述的微米级开孔金属银泡沫的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯醇满足聚合度为500～2400，醇解度为85～99％中至少一种。5.根据权利要求1～4任一项所述的微米级开孔金属银泡沫的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：白时兵，杨双桥，王萌，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51