【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功能材料，具体而言涉及一种金属基体表面粗糙化的处理方法、泡沫金属、金属丝材及用途。
技术介绍
1、超级电容器主要分为双电层超级电容器与赝电容超级电容器。其中，赝电容超级电容器主要通过表面或近表面快速、近可逆的法拉第过程来实现电荷存储，因而能够提供较高的比电容。
2、赝电容超级电容器中的电极材料主要包括过渡金属氧化物、过渡金属氢氧化物和导电聚合物。在赝电容电极材料中，过渡金属氧化物或过渡金属氢氧化物由于具有低成本、极高的理论比容量以及优良的电化学氧化还原活性等优点而成为一种具有发展前景的赝电容电极材料。然而，过渡金属氧化物和过渡金属氢氧化物属于半导体，其较差的导电性限制了电化学反应过程中电子的快速输运，因而限制了其在高功率密度要求下的倍率性能。
3、泡沫金属被定义为一种由相互连接的细丝组成的结构，它是由金属丝材编织而成的三维结构。而泡沫金属和金属丝材在导电性方面优于目前在赝电容超级电容器中使用的电极材料，因此，它们可以作为载体生长过渡金属氧化物或过渡金属氢氧化物，提高赝电容活性材料的利用率以及电极材料的电导率。
4、对于大多数泡沫金属或金属丝材的应用，都期望其具有大的比表面积，为涂覆的催化或电活性材料提供大的工作表面积，从而可以最大限度地利用材料并提高设备性能。但目前商业泡沫金属和商用金属丝材由烧结/退火处理的制造过程导致具有光滑的韧带壁，比表面积均非常小(通常为0.003-0.1m2·g-1)，限制了其作为赝电容超级电容器载体的工作表面积。
5、为了解决此局限性，可通
6、磁控溅射法是通过高电压激发金属原子使金属离子沉积于基材之上形成表面沉积层；物理气相沉积与磁控溅射法原理较为相近；普通电镀法是通过溶液中金属离子的还原沉积于基材表面形成厚度可控的金属镀层。这三种方法通常由于溶液温度低或基材温度低，低温下热扩散系数低导致无法在基材表面形成厚度较大的表面合金化层，在脱合金处理后也很难获得大比表面积的泡沫金属和金属丝材。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种金属基体表面粗糙化的处理方法，通过在金属基体表面挂锡，使金属材料与熔融态锡液通过互扩散在金属基体表面形成金属间化合物层，再结合脱合金技术，使金属基体的表面形成粗糙层，从而提高金属基体的比表面积和粗糙度。
2、根据本专利技术目的的第一方面，提供一种金属基体表面粗糙化的处理方法，包括以下步骤：
3、对金属基体和金属锡进行前处理，去除金属基体表面和金属锡表面的油和氧化皮，得到处理后的金属基体和金属锡；
4、将处理后的金属锡加热直至得到熔融态的锡液；
5、将锡液的温度保持在第一温度区间，并将处理后的金属基体完全浸入锡液中，使金属基体与熔融态锡液通过互扩散在金属基体表面形成合金化层，得到中间体；
6、将中间体置于腐蚀液中进行脱合金处理，直至在中间体的表面形成粗糙层，得到表面粗糙化的金属基体；
7、其中，在同种腐蚀溶液的条件下，金属基体的电化学活性低于金属锡的电化学活性。
8、作为可选的实施方式，所述金属基体为以条状、丝状、板状、泡沫、网状中任意一种形式的基体结构。
9、作为可选的实施方式，所述金属基体为泡沫状金属基体，所述泡沫状金属基体的孔径在5～500ppi之间，孔隙率在50～98％之间。其中，所述泡沫状金属基体包括泡沫铜、泡沫镍、泡沫铁或泡沫银中的一种。
10、作为可选的实施方式，所述金属基体为丝状金属基体，所述丝状金属基体的纯度＞99.98％，直径为0.1～3mm。其中，所述丝状金属基体包括镍丝、银丝、金丝或铜丝中的一种。
11、作为可选的实施方式，合金化层的厚度为0.2～0.5d，其中，d为泡沫状金属基体的韧带的半径或丝状金属基体的丝材半径。
12、作为可选的实施方式，所述第一温度区间为300～500℃，中间体完全浸入锡液中的时间为1～2h。
13、作为可选的实施方式，采用化学脱合金法进行脱合金处理。
14、作为可选的实施方式，脱合金条件如下：在20℃～30℃的温度下，以0.1mol/l～5mol/l的hcl溶液为腐蚀液，脱合金1～10h。
15、根据本专利技术目的的第二方面，提供一种采用前述方法制备的泡沫金属或金属丝材。
16、根据本专利技术目的的第三方面，提供一种前述泡沫金属或金属丝材在制备电极材料中的应用。
17、作为可选的实施方式，采用所述泡沫金属或金属丝材作为电极材料的载体。
18、根据本专利技术目的的第五方面，提供一种前述金属丝材在制备电极材料中的应用，采用所述金属丝材作为电极材料的载体。
19、由以上本专利技术的技术方案，提供的金属基体表面粗糙化的处理方法，通过将金属基体浸入高温下的熔融态锡液中进行镀锡，在高温和长时间的条件下发生扩散，打破晶界后，两者原子发生重组，产生新的金属间化合物，且随着扩散时间或者扩散温度的提高，产生的金属间化合物越多，从而形成能满足需求厚度的合金化层。同时，在一定厚度的合金化层条件下，脱合金后产生的孔径更深，孔体积更大，因此金属基材表面的比表面积就更大，且形成的表面柱状物更小，密度更大，金属基材的表面粗糙度也更大。如此，所制备获得的金属材料，例如泡沫金属、金属丝材，在应用至电极材料时，提高了表面的电化学反应活性面积，反应节点增加，提高了其作为电极材料的反应性能，使其具有良好的导电性和导热性。
20、本专利技术的方法，工艺过程易于控制及操作，且成本低廉，有利于工业化生产，同时本专利技术中的设计方法和制造策略通常适用于其他金属结构，如金属箔或金属网，以提高其在许多应用中的性能，具有广阔的应用前景。
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1.一种金属基体表面粗糙化的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的金属基体表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述金属基体为以条状、丝状、板状、泡沫、网状中任意一种形式的基体结构。
3.根据权利要求1所述的金属基体表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述金属基体为泡沫状金属基体，所述泡沫状金属基体的孔径在5～500ppi之间，孔隙率在50～98％之间。
4.根据权利要求3所述的金属基体表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述泡沫状金属基体包括泡沫铜、泡沫镍、泡沫铁或泡沫银中的一种。
5.根据权利要求3所述的金属表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述合金化层的厚度控制在0.2～0.5D范围内，其中，D表示泡沫状金属基体的韧带的半径。
6.根据权利要求1所述的金属表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述金属基体为丝状金属基体，所述丝状金属基体的纯度＞99.98％，直径为0.1～3mm。
7.根据权利要求6所述的金属表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述丝状金属基体包括镍丝、银丝、金丝或铜丝中的一种
8.根据权利要求6所述的金属表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述合金化层的厚度控制在0.2～0.5D范围内，其中，D表示丝状金属基体的半径。
9.根据权利要求1所述的金属表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述第一温度区间为300～500℃，所述中间体完全浸入在锡液中进行互扩散的处理时间为1～2h。
10.根据权利要求1所述的金属表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述脱合金处理为化学脱合金处理。
11.根据权利要求10所述的金属表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述化学脱合金处理的处理过程包括：
12.一种采用权利要求1-11中任意一项所述方法制备获得的表面粗糙化的泡沫金属或金属丝材。
13.一种权利要求12所述的泡沫金属或金属丝材在制备电极材料中的应用。
14.根据权利要求13所述的应用，其特征在于，采用所述泡沫金属或金属丝材作为电极材料的载体。
...【技术特征摘要】
1.一种金属基体表面粗糙化的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的金属基体表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述金属基体为以条状、丝状、板状、泡沫、网状中任意一种形式的基体结构。
3.根据权利要求1所述的金属基体表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述金属基体为泡沫状金属基体，所述泡沫状金属基体的孔径在5～500ppi之间，孔隙率在50～98％之间。
4.根据权利要求3所述的金属基体表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述泡沫状金属基体包括泡沫铜、泡沫镍、泡沫铁或泡沫银中的一种。
5.根据权利要求3所述的金属表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述合金化层的厚度控制在0.2～0.5d范围内，其中，d表示泡沫状金属基体的韧带的半径。
6.根据权利要求1所述的金属表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述金属基体为丝状金属基体，所述丝状金属基体的纯度＞99.98％，直径为0.1～3mm。
7.根据权利要求6所述的金属表面粗糙化...
【专利技术属性】
技术研发人员：淡振华，黄皓，常辉，冯亮，郭艳华，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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