去合金化制备纳米多孔金属材料的研究进展_谭秀兰
去合金化制备纳米多孔金属材料的研究进展
*
谭秀兰
1,2
,唐永建1,刘 颖2,罗江山1,李 恺1,刘晓波
2
(1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心,绵阳621900;2 四川大学材料科学与工程学院,成都610065)摘要 用去合金化制备的孔隙尺寸小于100nm 的纳米多孔金属材料,开拓了多孔金属材料一个新的应用领域。目前的研究主要集中于通过不同的合金体系制备出不同的纳米多孔金属,分别介绍了纳米多孔金、铂、铜、钯、钛的制备工艺,并对孔洞形成的溶解-再沉积机制、体扩散机制、表面扩散机制、渗流机制及相分离模型进行了简述。对纳米多孔金的现有研究表明,纳米多孔金具有良好的化学稳定性、高的比表面积以及高的屈服强度,目前应用研究包括作为热交换器、传感器及催化材料等方面。
关键词 纳米多孔金属 制备 去合金化
Prog ress in R esearch on Preparations of Nanoporours M etals by Dealloying
T AN Xiulan 1,2,T ANG Yongjian 1,LIU Ying 2,LU O Jiang shan 1,LI Kai 1,LIU Xiaobo 2
(1 R esear ch Center of L aser F usio n,CAEP ,M iany ang 621900;2 Depar tment o f M ater ial
Science and Eng ineering ,Sichuan U niv ersity ,Cheng du 610065)
Abstract N anoporo us metals made by dealloy ing display no vel pro per ties in many applicat ions.T he pr esent research concentr ates o n pr epar atio ns of mult-i nano po ro ur s metals fro m different alloys.P reparatio ns of nano po rous go ld,plat inum,co pper ,palladium and t itanium ar e r eview ed.T he mechanisms of po re for ming dur ing deallo ying a re summar ied,including the r eso lutio n -redeposit ion mechanism,volume diffusion mechanism,surface diffusio n mecha -nism,the per co lation mechanism and phase separ ation mo del.Nano po rous g old has a go od chemical stabilit y,a high specific surface area,as well as a hig h y ield str eng th.T he cur rent application r esear ches include the applications as heat ex chang ers,sensors and catalytic mat erial,and so on.
Key words nanopor ous metals,preparations,deallo ying
*中国工程物理研究院科学技术发展基金资助(2007B08007)
谭秀兰:女,1983年生,硕士研究生,研究方向为多孔泡沫金属 E -mail:tx l725@https://www.wendangku.net/doc/f38903007.html,
0 引言
近年来利用去合金化方法制备的孔隙尺寸小于100nm 的纳米多孔金属材料由于比表面积高、密度低而具有特殊的物理、化学、机械性能,开拓了多孔金属材料新的应用领域,作为潜在的传感器和驱动器而受到国际材料学界的高度重视[1,2]。
去合金化,即选择性腐蚀,是指合金组元间的电极电位相差较大,合金中的电化学性质较活泼元素在电解质的作用下选择性溶解进入电解液而留下电化学性质较稳定元素的腐蚀过程。组元既可以是单相固溶体合金中的一种元素,又可以是多相合金中的某一相。最典型的例子是黄铜脱锌和铸铁的石墨化腐蚀。目前,对二元固溶体合金去合金化制备纳米多孔金属成为国内外研究的一大热点,特别是对通过A g -Au 系合金选择性腐蚀制备纳米多孔金的研究。现有的研究主要集中于采用不同的合金体系制备出各种不同的纳米多孔材料。本文对去合金化制备的几种纳米多孔金属及其制备过程、孔洞形成机制和应用方面的研究进行介绍。
1 去合金化制备的纳米多孔材料
纳米多孔金属材料可通过不同的合金体系制备,如通过Ag -Au [1,3-9]、Zn -A u [10]、A-l A u [11]、Cu -Au [12,13]、N-i Au [14]均已制备出纳米孔隙尺寸金。在研究纳米多孔金的基础上,国内外科学研究者们将这种方法拓展应用于其他金属体系,如S-i Pt [15]、Cu -Pt [16]、Cu -Zr [17]、M n -Cu [18]、Cu -Pd [19,20]和A-l T i [21]
等,已制备出纳米多孔铂、纳米多孔铜、纳米多孔钯和纳米多孔钛等多种纳米多孔金属材料。
1.1 纳米多孔金的制备
目前,国际上对去合金化的研究主要集中在以Ag -Au 合金体系为主的均匀固溶体。一方面从相图上看Ag -Au 在所有组成范围内形成单相无限固溶体,另一方面A g 和Au 都为面心立方结构,两元素的点阵常数分别为0.40786nm 和0.40862nm,点阵错配度仅为0.2%,在整个成分范围内点阵常数变化不大。利用Ag -Au 合金的去合金化已制备出多重孔隙尺寸的纳米多孔金块体、纳米孔隙金薄膜、纳米多孔金丝等多种多孔结构。
约翰-霍普金斯大学的Eriebac h er 教授[1]采用2.4g (12
克拉)的白金叶在高氯酸中腐蚀去合金化的方法制备出孔隙尺寸约为40nm 、密度为30%金致密体的金泡沫,其制备流程为:将2.4g (12克拉)白金叶(50~100L m )轧制成厚度约100nm 的薄膜,然后在70%H NO 3中自由腐蚀,得到孔隙尺寸最小约20nm 的多孔金。另外,德国H.R êsner 等[3]用成分为Ag 80Au 20、厚度约为120nm 的1.2g(6克拉)白金叶采用相似的方法制备出了纳米多孔金。
美国加利福尼亚纳米结构制备与表征实验室的Juergen Biener 等[4-6]采用熔炼法制备金银合金,然后在不同溶液中选择性腐蚀溶解Ag,制备出系带尺寸为10~60nm 的纳米多孔金试样,其制备工艺为:1100e 熔炼制备金银合金y 氩气氛围875e 热处理100h 使成分均匀化y 从合金铸锭上切割直径~5m m 、厚度~3L m 的圆片y 抛光y 800e 去应力退火8h y 腐蚀分别采用:67%~70%H NO 3溶液中自由腐蚀2~3天和1m ol/L H N O 3+0.01mol/L AgNO 3电解液中电化学腐蚀,制备的泡沫金试样如图1,其中(a)为自由腐蚀,(b)为电
化学腐蚀。
图1 块体25%Au 泡沫的S EM 照片Fig.1 SEM micrographs of d ealloye d 25%Au
德国马克思普朗克金属研究院的T.J.Balk 等[7]利用自组装的高真空磁控溅射系统,分别在硅基底和聚酰亚胺基底上溅射沉积制备金银合金,再用32.5%H NO 3腐蚀去合金化制备出相对密度约为30%的纳米多孔金膜(如图2)
。
图2 磁控溅射去合金制备的泡沫Au 的FIB 照片Fig.2 FIB image s of nanoporou s Au made b y de alloyin g S ang -H oon Yoo [8]
和Searson [9]
等利用腐蚀去合金化方法制备出比表面积的纳米多孔金丝,其工艺步骤为:首先,在孔径为200nm 的多孔氧化铝模板上电化学沉积Ag -Au 合金,随后将氧化铝模板在50~70e 的2mol/L N aOH 溶液中溶解掉,然后使Au -Ag 合金纳米线在稀H N O 3中发生脱A g 腐蚀制得多孔结构的纳米金丝(见图3,其中(a)为Au -A g 合金纳米管;(b)为Pt 包覆的Au -Ag 合金纳米管;(c)为纳米多孔金丝;(d)为Pt 包覆的纳米多孔金丝)。
纳米多孔金的去合金化体系还有Zn -Au 、A-l Au 、Cu -Au
和N-i Au 等,如Jingfang -H uang 等
[10]
在40%~60%(物质的量
分数)ZnCl 2-EM IC 离子溶液中Au 基体上电化学沉积Zn 制备Au -Zn 合金薄膜,然后在40%~60%(物质的量分数)ZnCl 2-EMIC 离子溶液中阳极极化处理去合金化制备纳米多孔金膜。王玲娟[14]采用熔炼制备N-i Au 合金,在1mol/L H NO 3溶液中选择性溶解Ni 制备出孔隙尺寸为20~60nm 的纳米多孔金。
图3 纳米多孔金丝的FESEM 图片Fig.3 Field -e mission SEM images
1.2 纳米多孔铂的制备
J. C.T horp 等[15]对Pt x Si 1-x 非晶合金在H F 中电化学腐蚀去合金溶解S i,制备出孔隙尺寸为10~25nm 、系带尺寸
约为5nm 的纳米多孔铂膜(见图4)。Pugh 等[16]
通过真空电弧熔炼制得块状Cu 0.75Pt 0.25合金,然后利用三电极系统对试样进行腐蚀去合金化处理。在1m ol/L H 2SO 4溶液中,1.2V (SCE)电压下腐蚀2.4h 得到孔径尺寸为3.4nm 的纳米孔隙铂,这是迄今为止报道的最小的孔隙尺寸。
图4 去合金后孔径尺寸为10~25mm 的
纳米多孔Pt 的S TEM 图
Fig.4 ST EM image after de alloying for the Pt nanoporous structu re re vealing pore s sizes on ord er of 10~25mm
1.3 纳米多孔铜的制备
吕海波等[17]在5mm @25m m @0.8m m 的玻片上用磁控溅射沉积合成62Cu -38Zr 纳米合金,然后在0.1mol/L 的H Cl 溶液采用电化学腐蚀去合金化的方法制备出孔径约为
500nm 的纳米结构多孔铜。H ayes 等[18]利用M n -Cu 合金的腐蚀去合金化制备出多重孔隙尺寸的纳米孔隙铜。研究表明,Mn 0.7Cu 0.3合金通过自由腐蚀和外加电位阳极溶解均可获得纳米孔隙铜,随着电解质溶液和腐蚀方式的不同,FE SEM 观察到其孔隙尺寸在16~125nm(见图5)
。
图5 不同孔隙尺寸的纳米多孔铜的FES EM 图Fig.5 FES EM image s of nanoporou s C u mad e by
d ealloying at different sizes
1.4 纳米多孔钯及纳米多孔钛的制备
M eyerheim [19]
和Schofield [20]
等采用Cu -Pd 合金体系,在酸溶液中选择性溶解Cu 而制备出纳米多孔钯。Bayoum i 等[21]
将T-i 8%(原子分数)Al 合金在1m ol/L NaOH 溶液中,
2.8V 电压下(S CE)腐蚀2h,得到有序的纳米多孔钛,其孔径大小为30~100nm,平均孔径为60nm,然后将试样在1mol/L H 3PO 4+1%(质量分数)H F 溶液中阳极氧化得到平均孔径为80nm 左右的T iO 2。
2 去合金化过程中孔洞形成的机制
对于二元合金体系A 1-x B x (A 为贱组元,B 为贵组元),选择性腐蚀的发生需要满足以下两个条件[14]。首先,合金元素之间的标准电极电位有足够大的差值。例如Ag -Au 体系,两者之间的标准电极电位差为0.8V,这表现为在一种电解质溶液中两组元的溶解速率不同。其次,合金中活泼原子的含量即贱组元的成分需超过临界阈值。当合金中的活泼组元小于临界阈值时,只在表面的几个原子层发生活泼组元的溶解,导致表面富集贵组元元素,从而使溶解过程不能持续进行。
国内外在去合金化理论的研究中提出了多种多孔的形成机制,包括溶解-再沉积机制、体扩散机制、表面扩散机制、渗流机制及相分离机制。
溶解-再沉积机制认为[22],去合金化过程中合金表面上的两组元同时溶解,贱组元留在溶液中,而贵组元在靠近溶解处的表面上析出,重新沉积在基体上。但当贱组元的电位远低于贵组元的阳极溶解电位时,两组元同时溶解不可能在任何条件下都能发生,因此这种机制无法圆满解释贵组元不溶解时贱组元的脱离现象。
Pickering 等[23]提出去合金化是一个体扩散过程,表面
的活泼元素首先在腐蚀过程中阳极溶解产生双空位,然后由于浓度梯度的影响,双空位向合金内部扩散,活泼组元向表面扩散从而优先溶解。这种模型实际上不太合理,因为在室温条件下活泼元素向合金表面的扩散速率不足以达到去合金化的速率。
Forty 等[24]
对Ag -Au 和Au -Cu 系统实验作了总结,提出了表面扩散的模型。合金系统由于活泼元素的溶解而变得无序,然后通过贵组元的表面扩散而重新变得有序。活泼组元溶解到电解液中,而贵组元原子通过表面扩散聚集成团簇,降低表面能。Au 原子的聚集产生了富Au 层。
Sieradzki 等[25]在表面扩散的基础上提出了渗流机制,认为二元合金或两相合金中,随着溶质原子浓度的增加或某一相所占有分数的增加,当溶质原子浓度或某相所占百分数超过某一临界值后,就会在合金内部出现由溶质原子或某相近邻或次近邻组成的无限长的连通通道,去合金化就是沿着这些由活泼原子组成的通道优先发生溶解的。渗流模型能很好地解释去合金化过程中出现的临界电位、合金中活泼元素须超过一临界值才能发生去合金化和三维双连续金属/孔洞形貌形成的现象,但理论模拟结果与实验结果不一致。
Jonah Erlebacher 等[26,27]在渗流机制的基础上进一步提出了相分离机制,认为在固体-电解液界面处发生相分离,使得合金中的贵元素获得化学驱动而聚集成二维簇。由于腐蚀的连续进行而使得表面区域不断增加,这些过程综合即形成孔洞。孔洞的特征长度尺寸可用连续模型预测,并可用动力学的Monte C arlo 模型来模拟A g -A u 合金的去合金化过程,得到与实验几乎相同的形貌特征。
选择性溶解的完整模型包括多个方面:溶解动力学、表面扩散以及合金和电解液中的质量传输。Erlebacher 等假设,决定形成这种双连续的多孔形貌的物理过程被限定在合金与电解液的界面区。合金与电解液界面由3部分组成:合金本身、电解液本身和单原子层厚度的合金/电解液界面区。用动力学的M onte Carlo 模型模拟Ag -A u 合金的去合金化过程,包括Ag 和Au 的扩散和Ag 的溶解。模拟定性地解释了多孔的形成机制:以A g -A u 合金的(111)密排面为初始条件,当该面浸入到电解液中,其中一个Ag 原子溶解。与这个空位配位的A g 原子的近邻原子比面上其他A g 原子的近邻原子少,更易溶解,因此只留下Au 原子。在下一层开始溶解前,Au 原子发生扩散聚集成小岛状,形成Au 团簇。在Au 团簇之间有一特征长度K ,于是表面由2个区域组成:局部表面发生钝化的Au 的团簇及与电解液接触的未发生去合金化的区域。当未发生去合金化的区域的A g 原子溶解时,更多的Au 原子被释放到表面,并扩散到A u 原子的团簇中,继续留下未发生去合金化的部分与电解液接触。在早期,这些Au 团簇为很多小岛,其凸起处为富Au 层,底部为具有原始成分的合金。这些小岛被切去底部,增大了表面积而Au 必须覆盖使其钝化,最后导致坑的形成和多孔性。Jonah Erle -bacher 等采用Ag -Au 系腐蚀去合金化制备出纳米多孔金,提出相分离机制能建立去合金化的连续统一模型,从而引起国际上对于纳米孔隙尺寸金属材料的研究热潮。
3纳米多孔材料的性能及应用
国外许多研究者对采用去合金化方法制备的纳米多孔金的力学性能进行了系统研究。Juergen Biener等[4-6]用熔炼轧制再腐蚀去合金化的方法制备的纳米多孔金尽管具有高的孔隙率,但其强度仍与块体金的理论强度相当,制备的孔隙率为60%、孔径尺寸为40nm、晶粒尺寸小于50nm的纳米多孔金的致密块体,其硬度比多晶金高4.5倍,可达1.4~ 2GPa。德国纳米技术研究中心的C.A.V olkert等[28]通过聚焦离子束方法加工出多孔金的微米级圆柱体,研究表明,当纳米多孔金系带直径为15nm时,其屈服强度接近全致密金的理论强度,根据缩放比例定律,预计可达1.5GPa。因此,采用去合金化方法制备多孔金为制备低密度高屈服强度材料开辟了一条新路。
利用去合金化方法所获得的纳米孔隙金属特别是纳米多孔金,由于其具有良好的化学稳定性、高的比表面积以及高的屈服强度等优异性质而受到了越来越多的关注。Ert en-berg等[29]的研究表明,Ag-Au合金去合金化后得到的纳米孔隙金能作为热交换器的一种优越材料,根据试样的N2吸附等温曲线计算出其BET比表面积为36m2/cm3,为烧结A g的4倍。德国的Volkmar Zielasek等[30]和山东大学的C aixia Xu等[31]分别发表了关于纳米孔隙Au催化性能的论文,研究表明,通常情况下可以采用纳米结构Au粒子作为C O氧化的催化剂,以增加其表面积,但需要将纳米A u粒子放在多孔载体上,而用纳米多孔Au无需多孔载体,这样就可以排除多孔载体在催化反应中的额外影响。他们的结果均表明,纳米多孔Au具有非常好的CO-CO2催化性能,预示着一类新的催化材料的兴起。Pt涂层的纳米多孔Au膜(Pt-N PGL)可为质子交换膜燃料电池提供无碳的抗中毒电催化剂,其Pt含量可控制在0.01m g/cm2,降低了成本。据R. Zeis等[32]报道,Pt-N PGLIN/Nafion膜电极装置已被成功运用于质子交换燃料电池上,输出功率密度为4.5kW/g Pt。L iu等则报道了纳米多孔A u纳米丝电阻率与十八硫醇吸收的关系,开拓了一条用纳米孔隙Au作为传感器的新路。
4结束语
本文主要介绍了纳米孔洞形成的几种机制及几种纳米多孔材料的制备工艺。现有的报道都说明纳米孔隙的金属材料在物理、催化、机械性能等方面都有着广阔的应用前景。
目前纳米孔隙材料的研究主要集中在通过不同的合金体系制备出不同的纳米多孔金属上,特别是通过Ag-Au合金制备纳米多孔金,对于其他具有工艺应用价值的纳米多孔金属如T i、Cu、N i、Al等的制备及纳米多孔材料性能的研究还较少,而制备出更多种类的纳米多孔金属以满足不同场合的实际应用仍然是我们目前研究的主要内容。
参考文献
1Ding Y,K im Y J,Erlebacher J.N ano po ro us g old leaf /A ncient technolo gy0[J].A dv M ater,2004,16(21):18972L i L ong,Sieradzki K.Ductile-brit tle tr ansit ion in r andom po ro us A u[J].Phys Rev Lett,1992,68(8):1168
3Rêsner H,P arida S,K ramer D,et al.R eco nstr ucting a nano po ro us met al in thr ee dimensio ns:A n electro n tomo-
g raphy study of dealloy ed g old leaf[J].Adv Eng M ater,
2007,9(7):535
4Andrea M H odge,Joel R H ayes,Jo se A Ca ro,et al.Cha-racter izat ion and mechanical behav ior of nano po rous g old [J].A dv Eng M ater,2006,8(9):853
5Ho dg e A M,Biener J,H ay es J R,et al.Scaling equation for yied strength o f nano po ro us o pen-cell fo ams[J].Acta M ater,2007,55:1343
6Biener J,Ho dg e A M,H amza A V,et al.N anopor ous A u:
A high yield str eng th material[J].A ppl Phys,2005,97:
024301
7L u X,Ba lk T J,Spo lenak R,et al.Investig atio n o f dea-llo ying in A u-A g t hin films by quant itativ e electr on pro be micr oanaly sis[J].Scr M ater,2007,515:7122
8Sang H oon Y oo,Sung ho Par k.Platinum-co ated,nano po-rous go ld nano rod ar rays:Synthesis and character ization [J].A dv M ater,2007,19:1612
9L iu Zhu,Searson P C.Single nano poro us go ld nano wire sensors[J].J Phy s Chem B,2006,110:4318
10Huang Jingfang,Sun I Wen.Fabricat ion and surface func-t ionalization of nano po ro us g old by electr ochemical allo ying/ deallo ying o f A u-Zn in an ionic liquid,and the self-assembly of L-cysteine monolayers[J].Adv Functional M ater,2005, 15:989
11Sm ith G B,M aaroo f A I,G ent le A.H omog enized lor entz-dr ude optical respo nse in hig hly nanopor ous co nducting g old lay ers pr oduced by deallo ying[J].O pt Co mmun,2007, 271:263
12Fr itz J D,Picking H W.Select ive anodic dissolution of Cu-Au allo ys:T EM and cur rent t ransient study[J].J Electro-chem Soc,1991,138(11):3209
13Renner F U,G r nder Y,Ly man P F,et al.In-situ X-r ay diff ractio n study of the initial dea llo ying of Cu3A u(001)and Cu0.83Pd0.17(001)[J].T hin Solid F ilms,2007,15:5574
14王玲娟.A u-Ni合金的去合金化研究[D].大连:大连交通大学,2007
15T hor p J C,Sieradzki K,T ang L ei.For matio n of nano po ro us no ble met al t hin by elect rochemical dea llo ying o f P t x Si1-x [J].A ppl Phys L et t,2006,88:033110
16Pugh D V,Dursun A,Cor co ran S G.F ormat ion of nano po-r ous platinum by selectiv e dissolut ion o f Cu fr om Cu0.75Pt0.25 [J].J M ater Res,2003,18(1):216
17Lu H aibo,L i Ying,W ang Fuhui.Sy nt hesis o f por ous co p-per f rom nanocry stalline two-phase Cu-Z r film by dealloy ing [J].Scr M ater,2007,56:165
(下转第76页)
H oust on:N A CE,2002:41
16K ermani M B.In-field cor rosio n perfo rmance of3%Cr steels in sweet and sour dow nho le product ion and wat er injectio n
[C].Cor ro sion/2004,H o uston:NA CE,2004:111
17Ca pelet ti,et al.T ensile ductility of austenitic steels in air and hydro gen[J].J Eng M at T echn,1977,99:153
18T ither and G,Lav ite M.Benef icial stress-strain behavior of moly-N b steel line pipe[J].J M etal,1975,27:15
19L iou H Y.R oles of microallo ying elements in hy dr og en in-duced cracking resistant pr operty of H SL A steels[J].Co rr-i sion,1993,49:389
20Iino M.A cier s pour pipe-lines resistant au cloquag e et au criquage dus a!'hydro gene[J].R ev ue de metallurg ie,1979, 76:591
21L iao C M,Lee J L.Effect of mo ly bdeunm o n sulfide st ress cracking r esist ance o f low-A lloy steels[J].Co rr osion,1994, 50:695
22Zhao M C,Shan Y Y,Xiao F R,et al.Investig ation on the H2S-r esistant behav ior s of acicular ferr ite and ult rafine fer-rite[J].M ater L ett,2002,57(1):141
23P resso uy re G M.A classificatio n of hydr ogen t raps in steel [J].M etall T rans,1979,10A:1571
24K oh S,Hung H M,K im K Y.T he effect of chr omium amd mo ly bdenum on the susceptibility to sulfide str ess cracking o f AP I X70g rade linepipe steels[C].Cor rosion/2004,
H ouston:N A CE,2004:107
25Chen C F.Effect of chr omium o n the pit ting resistance o f o il tube steel in a carbon dio xide cor rosio n system co rr osio n[J].
Corr osio n,2005,61:59426陈长风,路民旭,赵国仙,等.温度、Cl-浓度、Cr元素对N80钢CO2腐蚀电极过程的影响[J].金属学报,2003,39(8): 848
27Kapusta S,Canter S.Cor rosion co ntr ol in CO2enhanced oil recover y[C].Co rr osion/94,H ousto n:N A CE,1994:10
28Pao lineli L D,Simiso n S N,Per ez T.T he inf luence o f Cr on the efficiency of inhibitor o f C-M n steel CO2cor ro sion[C].
Cor rosion/2006,H ouston:NA CE,2006:369
29Paolineli L D,Simiso n S N,Per ez T.T he inf luence of steel micro st ructur e and pre-cor ro sion o n CO2corr osio n inhibito r eff iciency[C].Corr osio n/2007,H ouston:N A CE,2007: 311
30T urg oo se S,Palmer J W,D icken G E.Prefer ential w eld cor rosio n of1%N i welds:Effect of so lution co nductivit y and co rr osio n inhibitor s[C].Cor rosion/2005,H ousto n: N ACE,2005:275
31N esic S,Po st lethwaite J,V rho vac M.CO2co rr osio n of car-bon stee-l fro m mechanism to empirical modelling[J].Cor ro-sio n Rev,1997,15:211
32Gulbrandsen E,Dugstad A.Cor ro sion loo p studies of pre-ferential w eld cor ro sion and its inhibition in CO2env iro n-ments[C].Cor rosio n/2005,H ouston:N A CE,2005:276 33Lee M C,Bo nd S,Wo ollin P.Pr eferential w eld cor rosio n: Effects o f weldment micro st ructur e and co mpo sitio n[C].
Co rr osio n/2005,H oust on:N A CE,2005:277
34Ker mani M B,Gonzales J C,T urconi G L,et al.M ater ials optimisation in hy dr ocarbon product ion[C].Cor rosion/ 2005,H ousto n:N A CE,2004:111
(责任编辑杨帆)
(上接第71页)
18H ayes J R,H odge A M,Biener J,et al.M ono lithic nano-por ous copper by dealloy ing M n-Cu[J].J M ater Res,2006, 21(10):2611
19M eyer heim H L,Soyka E,K irschner J.Allo ying and dea-l lo ying in pulsed laser depo sited P d films on Cu(100)[J].
Phy s R ev B,2006,74:085405
20Schofield E.A nodic r outes to nanopor ous mater ials[J].
T rans Institut e M et al F inishing,2005,83(1):35
21Bay oumi F M,A teya B G.For matio n of self-o rg anized t-i tania nano-tubes by dealloying and ano dic ox idat ion[J].
Electr ochem Commun,2006,(8):38
22王吉会,姜晓霞,李诗卓.黄铜脱锌腐蚀机理的研究进展[J].材料研究学报,1999,13(1):1
23P icketing H W,Wag ner C.Electro ly tic dissolut ion of binar y allo ys containing a no bel meta l[J].J Elect rochem So c,1967, 114(7):698
24Fo rty A J,Row lands.A possible model for cor ro sion pit-ting and tunneling in no ble-metal allo ys[J].Philos M ag A, 1981,43:171
25Sier adzki K,Cor derman R R,Shukla K,et al.Co rrelatio n of acoustic and electr ochemical no ise in the stress-co rr osio n
cracking of a-br ass[J].P hil M ag A,1989,59:713
26Erlebacher J,Sieradzki K.Patter n fo rmation dur ing dea-l lo ying[J].Scr M ater,2003,49:991
27Jonah Er lebacher,M ichael J A ziz,A lain K arma,et a l.Evo-lution of nano po rosit y in dealloy ing[J].N ature,2001,410, 3(22):450
28V olker t C A,L illeodden E T,K ramer D.A ppr oaching the theo retica l strengt h in nanoporo us A u[J].A ppl Phy s L et t, 2006,89:061920
29Er tenberg R W,Andraka B,T akano Y.Pr ospects of po-rous go ld as a low-temper ature heat exchang er for liquid and so lid helium[J].P hysics B,2000,284-288:2022
30Zielask V,J rg ens B,Schulz C,et al.Gold cataly st:Nano-po rous g old foams[J].Ang ew Chem Int Ed,2006,45: 8241
31Xu Caixia,Su Jixin,Xu Xiao ho ng,et al.L ow temperature CO ox idatio n o ver unsuppor ted nano po ro us go ld[J].J A m Chem Soc,2007,129:42
32Zeis R,M athur A,F ritz G.P latinum-plated nano po ro us
g old:A n efficient,lo w Pt loading electro cat aly st fo r PEM
fuel cells[J].J Pow er So ur ces,2007,165:65
(责任编辑杨帆)
纳米材料的制备方法
1化学气相沉积法 1.1化学气相沉积法的原理 化学气相沉积法(Chemical Vapour Deposition (CVD) )是通过气相或者在基板表面上的化学反应，在基板上形成薄膜。化学气相沉积方法实际上是化学反应方法，因此。用CVD方法可以制备各种物质的薄膜材料。通过反应气体的组合可以制备各种组成的薄膜，也可以制备具有完全新的结构和组成的薄膜材料，而且即使是高熔点物质也可以在很低的温度下制备。 用化学气相沉积法可以制备各种薄膜材料、包括单元素物、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等。采用各种反应形式，选择适当的制备条件——基板温度、气体组成、浓度和压强、可以得到具有各种性质的薄膜构料。化学气相沉积的化学反应形式．主要有热分解反应、氢还原反应、金属还原反应、基板还原反应、化学输运反应、氧化反应、加水分解反应、等离子体和激光激发反应等。 化学气相沉积法制备纳米碳材料的原理是碳氢化合物在较低温度下与金属纳米颗粒接触时通过其催化作用而直接生成。化学气相沉积法制备碳纳米管的工艺是基于气相生长碳纤维的制备工艺。在研究气相生长碳纤维早期工作中就己经发现有直径很细的空心管状碳纤维，但遗憾的是没有对其进行更详细的研究[4]。直到Iijima在高分辨透射电子显微镜发现产物中有纳米级碳管存在，才开始真正的以碳纳米管的名义进行广泛而深入的研究。 化学气相沉积法制备碳纳米管的原料气，国际上主要采用乙炔，但也采用许多别的碳源气体，如甲烷、一氧化碳、乙烯、丙烯、丁烯、甲醇、乙醇、二甲苯等。在过渡金属催化剂铁钴镍催化生成的碳纳米管时，使用含铁催化剂，多数得到多壁碳纳米管；使用含钴催化剂，大多数的实验得到多壁碳纳米管；过渡金属的混合物比单一金属合成碳纳米管更有效。铁镍合金多合成多壁碳纳米管，铁钴合金相比较更容易制得单壁碳纳米管。此外，两种金属的混合物作为催化剂可以大大促进碳纳米管的生长。许多文献证实铁、钴、镍任意两种的混合物或者其他金属与铁、钴、镍任何一种的混合物均对碳纳米管的生长具有显著的提高作用，不仅可以提高催化剂的性能，而且可以提高产物的质量或者降低反应温度。催化裂解二甲苯时，将适量金属铽与铁混合，可以提高多壁碳纳米管的纯度和规则度。因而，包括像烃及一氧化碳等可在催化剂上裂解或歧化生成碳的物料均有形成碳纳米管的可能。Lee Y T 等[5]讨论了以铁分散的二氧化硅为基体，乙炔为碳源所制备的垂直生长的碳纳米管阵列的生长机理，并提出了碳纳米管的生长模型。Mukhopdayya K等[6]提出了一种简单而新颖的低温制备碳纳米管阵列的方法。该法以沸石为基体，以钴和钒为催化剂，仍是以乙炔气体为碳源。Pna Z W等[7]以乙炔为碳源，铁畦纳米复合物为基体高效生长出开口的多壁碳纳米管阵列。 1.2评价 化学气相沉积法该法制备的纳米微粒颗粒均匀，纯度高，粒度小，分散性好，化学反应活性高，工艺可控和连续，可对整个基体进行沉积等优点。此外，化学气相沉积法因其制备工艺简单，设备投入少，操作方便，适于大规模生产而显示出它的工业应用前景。因此，化学气相沉积法成为实现可控合成技术的一种有效途径。化学气相沉积法缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。化学气相沉积法是纳米薄膜材料制备中使用最多的一种工艺，广泛应用于各种结构材料和功能材料的制备。用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮化物、碳化合物、复合氧化物等膜材料。总之，随着纳米材料制备技术的不断完善，化学气相沉积法将会得到更广泛的应用。
纳米金属材料—小论文
纳米孪晶金属材料 摘要：金属材料的高强度和良好的塑韧性是很多金属材料研究者追求的目标，本文总结了卢柯课题组金属材料中纳米孪晶对强度和塑韧性的影响，并阐明了孪晶界面的作用以及机械孪生对镁合金的影响。 关键词：强度塑韧性孪晶界面机械孪生 1.引言 近一个多世纪以来,金属材料强度水平的不断提高推动着相关工业技术的进步,也不断改善了我们的生活。轻质高强度铝合金的出现推动了飞机的诞生和发展,钢缆强度的不断提升使斜拉桥的跨度成倍增加,汽车的减重和降耗很大程度上依赖于高比强金属的发展和应用，强化金属材料是材料研究者不懈努力追求的目标,强度是材料科学与技术发展的一个重要标志，然而,在大多数情况下,伴随着强度升高,金属的塑性和韧性会下降,强度一塑性(或韧性)呈倒置关系。材料的强度愈高这种倒置就愈显突出。随着现代工业技术的发展,越来越多的构件要求材料既有高的强度又具有良好的塑性和韧性,高强度金属的低塑性和低韧性在一定程度上削弱了其工业应用的潜力,成为金属材料科学发展的瓶颈问题之一。 过去,人们对材料强度一塑(韧)性关系及强韧化规律的研究大多围绕相对简单的结构体系展开,材料的组织、相、成分等在空间上分布均匀,特征结构单元尺度单一且在微米以上。随着人们对自然界中很多天然生物材料认识的不断深入,发现具有优异综合力学性能和强韧性配合的天然生物材料往往具有比较复杂的结构要素特征,如不均匀几何形态及空间分布、多尺度、多相、非均匀成分分布、多层次藕合结构等。这些多层次多尺度的组织(或相)构筑为我们发展高强、高韧、耐损伤金属材料提供了有借鉴价值的线索。近年来对纳米结构材料研究的长足进步和各类纳米技术的迅猛发展,使人们在纳米一微米一宏观等不同尺度上对金属材料的结构设计与制备调控逐步成为可能,为金属材料强韧化研究提供了一个全新的契机。 2.孪晶促进强度和塑性的同时提高 如果两个相邻晶体(或同一晶体的两个部分)之间沿一个公共晶面形成镜面对称的位向关系,那么这两个晶体就互称为孪晶,公共晶面即为孪晶界面。一般说来,孪晶界面可以通过阻碍位错运动使材料得到一定程度的强化。但是,微米或亚微米尺度的孪晶,其强化效果并不显著,只有当孪晶片层细化至纳米量级时才开始表现出显著的强化效果和其他的特性。
多孔金属材料的制备及应用_杨雪娟
多孔金属材料的制备及应用 杨雪娟,刘 颖,李 梦,涂铭旌 (四川大学材料科学与工程学院,成都610065) 摘要 根据制备过程中金属的状态,从液相法、固相法、金属沉积法三方面介绍了多孔金属材料的制备工艺。液态金属的发泡可以通过直接吹气法发泡法、金属氢化物分解发泡法来实现;固态金属可以通过粉末冶金法、粉末发泡法、金属空心球法和金属粉末纤维烧结法来实现;与前两种不同的是,金属沉积法是采用化学或物理的方法来实现的。最后,讨论了多孔金属材料在结构材料和功能材料两方面的应用。 关键词 多孔金属材料 制备工艺 应用 Preparation and Application of the Porous Metal Material YANG Xuejuan,LIU Ying,LI M eng,TU M ingjing (Schoo l of M aterials Scie nce&Engineering,Sichuan U niver sity,Chengdu610065) A bstract I n this pape r,prepara tion and applicatio n of the po ro us metal ma te rials are intr oduced acco rding to the state of the metal in the process———so lid,liquid,gaseous o r ionized state.Liquid metal can be fo rmed directly by in-jecting g as o r gas-releasing blow ing ag ent.Solid metal can be for med by various methods,including metal pow de r slurry foaming,o r ex trusion and sintering o f polymer/pow der mixtures.Diffe rently,metal-depo sitio n can be realized by chemic or phy sical methods.Finally,the structural and functional applicatio ns of po ro us metal materials are presented a s well. Key words po rous metal material,preparation,applicatio n 在材料科学研究中,永不改变的话题是探索新材料。人们注意到许多天然材料因其多孔的结构而具备优良的性能,因此,人们发展出了各种人造多孔材料。作为材料科学研究中较年轻的一员,多孔材料迅速成为近年来国际科学界关注的热点之一。 多孔材料可分为金属和非金属两大类,也可细分为多孔陶瓷材料、高分子多孔材料和多孔金属材料3种不同的类型。多孔金属材料又称为泡沫金属,作为结构材料,它具有密度小、孔隙率高、比表面积大等特点;作为功能材料,它具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种性能。而且,多孔金属材料往往兼有结构材料和功能材料的双重作用,是一类性能优异的多用途材料。目前,多孔金属材料已经在冶金、石油、化工、纺织、医药、酿造等国民经济部门以及国防军事等部门得到了广泛的应用。多孔金属材料作为多孔材料的重要组成部分,在材料学领域具有不可取代的地位。 从20世纪中叶开始,世界各国竞相投入到多孔金属材料的研究与开发之中,并相继提出了各种不同的制备工艺[1]。根据制备过程中金属所处的状态可以将这些制备方法划分为以下几种:(1)液相法,(2)气相法,(3)金属沉积法。 1 液相法 1.1 直接发泡法 早在19世纪六七十年代,以直接发泡法制备多孔金属就已经获得了成功。相关实验主要集中在A l、M g、Zn等低熔点金属及其合金的闭孔金属材料的制备方面。经过研究者多年的实验和研究,直接发泡法制备多孔金属材料的工艺日渐成熟,目前已广泛应用于工业生产领域。直接发泡法包括两类不同的工艺: (1)直接吹气法发泡法;(2)金属氢化物分解发泡法。 (1)直接吹气法发泡法 对于制备泡沫金属,直接吹气法是一种简便、快速且低耗能的金属发泡方法。该方法的工艺是首先向金属液中加入SiC、A l2O3等以提高金属液的粘度,然后使用特制的旋转喷头向熔体中吹入气体(如空气、氩气、氮气)[2]。该法制备泡沫金属的工艺流程如图1所示。 图1 直接吹气法发泡法制备泡沫金属材料的流程图[4] Fig.1 Direct foaming of m elts with blowing agents[4] 该方法主要应用于泡沫铝的生产中。用这种工艺来生产泡沫铝,首先应在熔融铝液中加入一种高熔点材料的细小颗粒,这种难熔颗粒在铝液中既可以增加铝液粘度,又可以在气体和金属的界面上形成一层表面活性剂,从而保证气体能稳定地滞留在铝液中,并在凝固过程中不会导致泡沫塌陷。尽管有多种符合应用条件的难熔材料,但在实际生产中常选用碳化硅作为增加铝液粘度的增粘剂。在这一过程中,碳化硅可与铝液反应形成碳硅铝的合成物,并使铝液保持在相对较低的搅拌温度[3]。 杨雪娟:1983年生,硕士研究生 E-mail:ya ng xuejuan@tom.co m
纳米材料的制备方法及其研究进展
纳米材料的制备方法及其研究进展纳米材料的制备及其研究进展 摘要:综述了纳米材料的结构、性能及发展历史;介绍了纳米材料的制备方法及最新进展;概述了纳米材料在各方面的应用状况和前景;讨论了目前纳米材料制备中存在的问题。 关键词:纳米材料;结构与性能;制备技术;应用前景;研究进展 1 引言 纳米微粒是由数目极少的原子或分子组成的原子群或分子群，微粒具有壳层结构。由于微粒的表面层占很大比重，所以纳米材料实际是晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组合，纳米材料具有大量的界面，晶界原子达15%-50%。 这些特殊的结构使得纳米材料具有独特的体积效应、表面效应，量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，从而使其具有奇异的力学、电学、磁学、热学、光学、化学活性、催化和超导性能等特性，使纳米材料在国防、电子、化工、冶金、轻工、航空、陶瓷、核技术、催化剂、医药等领域具有重要的应用价值，美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划;日本在10年纳米微粒的制备方法 1 纳米微粒的制备方法一般可分为物理方法和化学方法。制备的关键是如何控制颗粒的大小和获得较窄且均匀的粒度分布。 1.1 物理方法 1.1.1 蒸发冷凝法
又称为物理气相沉积法，是用真空蒸发、激光、电弧高频感应、电子束照射等方法使原料气化或形成等离子体，然后在介质中骤冷使之凝结。特点:纯度高、结晶组织好、粒度可控;但技术设备要求高。根据加热源的不同有: (1)真空蒸发-冷凝法其原理是在高纯度惰性气氛(Ar,He)下，对蒸发物质进行真空加热蒸发，蒸气在气体介质中冷凝形成超细微粒。1984年Leiter[2]等首次用惰性气体沉积和原位成型方法，研制成功了Pd、Cu、Fe 等纳米级金属材料。1987 年Siegles[3]采用该法又成功地制备了纳米级TiO2 陶瓷材料。这种方法是目前制备纳米微粒的主要方法。特点:粒径可控，纯度较高，可制得粒径为5~10nm的微粒。但仅适用于制备低熔点、成分单一的物质，在合成金属氧化物、氮化物等高熔点物质的纳米微粒时还存在局限性。 (2)激光加热蒸发法是以激光为快速加热源，使气相反应物分子是利用高压气体雾化器将-20~-40OC的氦气和氩气以3倍于音速的速度射入熔融材料的液流是以高频线圈为热源，使坩埚是用等离子体将金属等的粉末熔融、蒸发和冷凝以获得纳米微粒。特点:微粒纯度较高，粒度均匀，是制备氧化物、氮化物、碳化物系列、金属系列和金属合金系列纳米微粒的最有效的方法，同时为高沸点金属纳米微粒的制备开辟了前景。但离子枪寿命短、功率小、热效率低。目前新开发出的电弧气化法和混合等离子体法有望克服以上缺点。 (6)电子束照射法1995年许并社等人[4]利用高能电子束照射母材，成功地获 得了表面非常洁净的纳米微粒，母材一般选用该金属的氧化物，如用电子束照射 Al2O3 后，表层的Al-O 键被高能电子“切断”，蒸发的Al原子通过瞬间冷凝，形核、长大，形成Al的纳米微粒，但目前该方法获得的纳米微粒限于金属纳 米微粒。 1.1.2 物理粉碎法
纳米金属材料的发展与应用综述
纳米金属材料的发展与应用 摘要：纳米技术的诞生将对人类社会产生深远的影响，可能许多问题的发展都与纳米材料的发展息息相关。在纳米金属材料的研究中，它的制备、特性、性能和应用是比较重要的方面。本文概要的论述了纳米材料的发现发展过程，并结合当今纳米金属材料研究领域最前沿的技术和成果，简述了纳米材料在各方面的应用及其未来的发展前景。 关键词：纳米金属材料、纳米技术、应用 一、前言 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanomater material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。 二、纳米材料的发现和发展 1861年，随着胶体化学的建立，科学家们开始了对直径为1~100nm的粒子体系的研究工作。1990年7月在美国召开了第一届国际纳米科技技术会议（International Conference on Nanoscience &Technology)，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。 三、纳米材料的应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十
多孔金属材料
多孔金属材料 总论 所谓多孔金属材料即金属内部弥散分布着大量的有方向性的或随机的孔洞，这些孔洞的直径约2um～3mm之间。由于对孔洞的设计要求不同，孔洞可以是泡沫型的，藕状型的，蜂窝型的等等。多孔金属材料还可以根据其孔洞的形态可以分为独立孔洞型的和连续孔洞型的二大类。独立型的材料具有比重小，刚性、比强度好，吸振、吸音性能好等特点；连续型的材料除了具有上述特点之外，还具有浸透性、通气性好等特点。正因为多孔金属材料具有结构材料利功能材料的特点，所以被广泛应用于航空航天、交通运输、建筑工程、机械工程、电化学工程、环境保护工程等领域。 图为多孔模具钢的金相组织(ESEM)。从图中可以看出，该材料内部随机分布着大量三维空间互通的孔洞。由于该模具钢的透气性好，所以，铸出的铸件表面轮廓清晰；其二，充型阻力减小，于是充型动力也可以减小；其三，模具的合模力可以减小；其四，模具的重量可以减轻，仅为原来模具的三分之二，节约了金属材料；其五，上述优点的综合，可以简化模具结构的设计和对注塑机、压铸机型号的选择。从多孔钢在模具上的应用实例可以看出，多孔金属材料的研制利应用具有省能源，省资源，有利于材料的循环利用l地球环境的保护，所以具有广阔的应用前景利深远的经济效益及社会效益。 多孔金属材料的特性和用途 1.比重小，比强度大 由于金属材料中存在火量的孔洞，所以材料的比重显著减小，如上述的多孔模具钢的比重经测试只有 5．0g／cm ，比无孔的该材料(比重7．6g／cm )减少34．2％。如果是铝合金或镁合金的多孔材料，它们的比重可以小于l，只要材料的外表是致密的，那么它们可以浮出水面。 有人认为，金属材料内部分布大量的孔洞，那么其强度会大大削弱。一些文献指出，在材料的轻量化时，材料的形状因子是一个关键因素，形状因子包括了宏观形状因子和微观形状因子。在机械设计时经常不用圆棒而采用空心管，不用矩形截面而采工字型、兀字型等材料，所有这些都是改变宏观形状因子的措施。而将材料制备成多
金属多孔材料的制备及应用_于永亮
金属多孔材料的制备及应用 于永亮，张德金，袁勇，刘增林 (粉末冶金有限公司) 摘要:在归纳分析目前国内外各种制备多孔材料新技术的基础上，阐述了多孔材料在过滤、电极材料、催化载体、消音材料、生物和装饰材料方面应用及未来发展前景。 关键词:多孔材料功能结构制备方法金属加工 0前言 多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。由于多孔材料具有相对密度低、比强度高、比表面积大、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点，其应用范围远远超过单一功能的材料。近年来金属多孔材料的开发和应用日益受到人们的关注。目前，金属多孔材料已经在冶金、石油、化工、纺织、医药、酿造等国民经济部门以及国防军事等部门得到了广泛的应用。从20世纪中叶开始，世界科技较发达国家竞相投入到多孔金属材料的研究与开发之中，并相继研发了各种不同的制备工艺。 1金属多孔材料的制备工艺 1.1粉末冶金(PM)法［1］ 该方法的原理是将一种或多种金属粉末按一定的配比混合均匀后，在一定的压力下压制成粉末压坯。将成形坯在烧结炉中进行烧结，制得具有一定孔隙度的多孔金属材料。或不经过成形压制，直接将粉末松装于模具内进行无压烧结，即粉末松装烧结法。 1.2纤维烧结法［2］ 纤维烧结法与粉末冶金法基本类似。用金属纤维代替金属粉末颗粒，选取一定几何分布的金属纤维混合均匀，分布成纤维毡，随后在惰性气氛或还原性气氛保护的条件下烧结制备金属纤维材料。该法制备的金属多孔材料孔隙度可在很大范围内调整。 作者简介:于永亮(1981－)，男，2006年7月毕业于中南大学粉末冶金专业。现为莱钢粉末冶金有限公司技术科助理工程师，主要从事生产技术及质量管理工作。1.3发泡法［3］ 1)直接吹气法。对于制备泡沫金属，直接吹气法是一种简便、快速且低耗能的方法。 2)金属氢化物分解发泡法。这种方法是在熔融的金属液中加入发泡剂(金属氢化物粉末)，氢化物被加热后分解出H2，并且发生体积膨胀，使得液体金属发泡，冷却后得到泡沫金属材料。 3)粉末发泡法。该方法的基本工艺是将金属与发泡剂按一定的比例混合均匀，然后在一定的压力下压制成形。将成形坯经过进一步加工，如轧制、模锻等，使之成为半成品，然后将半成品放入一定的钢模中加热，使得发泡剂分解放出气体发泡，最后得到多孔泡沫金属材料。 1.4自蔓延合成法［4］ 自蔓延高温合成法是一种利用原材料组分之间化学反应的强烈放热，在维持自身反应继续进行的同时产生大量孔隙的材料合成方法。该方法放热反应可迅速扩展(即自蔓延)，在极短时间内即可完成全部燃烧反应。同时因为反应时的温度高，故容易得到高纯度材料。这种方法主要是依靠反应过程中产生的液体和气体的运动而得到多孔结构，因此其孔隙大多是相互连通的，采用这种方法制备的多孔材料孔隙度可达到60%以上。然而，由于在自蔓延高温合成过程中，其热量释放和反应过程过于剧烈，容易导致材料的变形和开裂，同时不利于材料的孔结构控制和近净成形。 1.5铸造法［5］ 1)熔模铸造法。熔模铸造法是先将已经发泡的塑料填入一定几何形状的容器内，在其周围倒入液态耐火材料，在耐火材料硬化后，升温加热使发泡塑料气化，此时模具就具有原发泡塑料的形状，将液态金属浇注到模具内，在冷却后把耐火材料与 36 莱钢科技2011年6月
纳米银的制备与应用前景
纳米银的制备及其应用研究进展 华侨大学材料科学与工程学院 王健08应化0814131030 摘要：纳米材料是由纳米粒子组成的固体材料，自80时代纳米材料的概念形成后，这种材料就一直受到人们极大的关注，金属纳米材料是纳米材料的一个重要分支，它以贵金属金、银、铜为代表，其中纳米银的研究结果最多，本文主要参阅了中外09~11年的9篇纳米银的制备与应用相关文献筛选总结，并简述了近年来纳米银的制备方法及其应用研究进展，包括物理方法和化学方法。 关键词:纳米银粒子制备物理方法化学方法应用 引言 纳米粒子----也叫超微颗粒，粒径一般在1—100 nm之间，处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统，亦非典型的宏观系统，是一种典型人介观系统，介于原子、分子和宏观物质之间。随着对各种纳米粒子的不断深入研究，促进了纳米粒子在制药业、纺织业、物理、化学、农业等各领域的广泛应用。纳米银粒子是纳米粒子的一种。在各种金属纳米粒子中，纳米银粒子自从问世以来一直深受人们的关注，这不仅是由于其具有独特的电子特性，光学特性，机械特性和催化特性，并且具有良好的抗菌性、生物兼容性和表面易修饰等优点。因此，纳米银粒子是一种非常有用的纳米材料，可以用作照相制版、生物医用材料、化工的催化剂、陶瓷材料、导电浆料、污水处理、建筑材料、润滑剂、光吸收材料、涂料、传感器、高性能电极材料等。 纳米银粒子的制备方法有很多，人们借鉴已有的制备方法，已制备出各种粒径和结构的纳米银粒子，如球形纳米银粒子、纳米银块体材料、树状纳米银、银纳米管、银纳米带、银纳米链、银纳米立方体、银纳米双凌锥、银纳米线、银纳米三棱柱、银纳米片、银纳米盘等结构，如下图列出的几种：
金属纳米材料制备技术的研究进展
金属纳米材料制备技术的研究进展 摘要：本文从金属纳米材料这一金属材料重要分支进行了简要的阐述，其中重 点讲述了强行塑性变形及胶束法制备纳米材料，并分析了金属纳米材料的现状及对今后的展望。 关键字：晶粒细化；强烈塑性变形；胶束法；块状纳米材料 引言： 金属材料是指金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。 现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。同时，人类文明的发展和社会的进步对金属材料的服役性能提出了更高的要求，各国科学家积极投身于金属材料领域，向金属材料的性能极限不断逼近，充分利用其为人类服务。 一种崭新的技术的实现，往往需要新材料的支持。例如，人们早就知道喷气式航空发动机比螺旋桨航空发动机有很多优点，但由于没有合适的材料能承受喷射出燃气的高温，是这种理想只能是空中楼阁，直到1942年制成了耐热合金，才使喷气式发动机的制造得以实现。 1金属纳米材料的提出 从目前看，提高金属材料性能的有效途径之一是向着金属结构的极端状态发展:一方面认为金属晶界是薄弱环节,力求减少甚至消除晶界,因此发展出了单晶与非晶态合金;另一方面使多晶体的晶粒细化到纳米级(一般<100 nm,典型为10 nm左右)[1]。细化晶粒是金属材料强韧化的重要手段之一,它可以有效地提高金属材料的综合力学性能,尤其是当金属材料的晶粒尺寸减小到纳米尺度时,金属表现出更加优异的力学性能[2]。因此,金属材料晶粒超细化/纳米化技术的发展备受人们关注,一系列金属纳米材料的制备技术相继提出并进行了探索,包括电沉积法、溅射法、非晶晶化法、强烈塑性变形法(Severe Plastic Deformation, SPD)、粉末冶金法以及热喷涂法等[3]。 金属纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度或由它们作为基本单元构成的金属材料。若按维数，纳米材料的基本单元可分为( 类：一是零维。指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米粉体、原子团簇等；二是一维。指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等；三是二维。指在三维空间中有一维处于纳米尺度，如超薄膜、多层膜及超晶格等。超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料[4]。金属纳米颗粒表现出许多块体材料所不具备的优越性质,可用于催化、光催化、燃料电池、化学传感、
多孔金属材料的应用
多孔泡沫金属材料的性能及其应用 摘要:多孔泡沫金属是一种在金属基体中含有一定数量、一定尺寸孔径、一定孔隙率的孔洞的金属材料.由于其结构特殊,因此具备了多方面的特殊性能。作为结构材料,它具有轻质、高比强度的特点;作为功能材料,它具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种物理性能,因此在国内外一般工业领域及高技术领域都得到了越来越广泛的应用.本文对这种多孔泡沫金属材料的性能及其应用进行了较为全面的介绍。 关键词:多孔泡沫金属;性能;应用 0多孔泡沫金属是近几十年发展起来的一种功能材料,对其概念或分类学术界不尽统一,但基本上有如下定义方式:多孔泡沫金属是一种金属基体中含有一定数量、一定尺寸孔径、一定孔隙率的金属材料.概括起来,主要有如下分类方式:(1)按孔径和孔隙率的大小分为两类:多孔金属和泡沫金属.孔径小于013mm,孔隙率在45%～90%的,称为多孔金属(porousmetal);而孔径在015～6mm,孔隙率大于90%的,称为泡沫金属(foammetal);(2)按孔的形状特征进行分类:具有通孔结构的称为多孔金属,具有闭孔结构的称为胞状金属(cellu2larmetal).但用得最多的是多孔金属和泡沫金属,且多数作者都将两者视为等同的概念.目前更为合适的名称为多孔泡沫金属(porousfoammetal)[1-3].多孔泡沫金属材料实际上是金属与气体的复合材料,正是由于这种特殊的结构,使之既有金属的特性又有气泡特性,综合表现为能量吸收性(如吸音、减震等)、渗透性、阻燃耐热性、轻质等,故一直被期望用于建筑材料、吸音材料、减震材料、过滤器材料、电池电极材料等方面.如果在气孔结构的工艺控制、短流程连续化工业生产等关键性技术方面取得突破,多孔泡沫金属材料将为金属材料及其它相关领域带来革命性进展1多孔泡沫金属材料的结构特点[4]泡沫金属的孔径一般较大,011～10mm或更大(一般粉末冶金金属孔径不大于0.3mm)。孔隙率较高,一般随其种类不同而不同,在40%～98%的范围内变化。直接发泡法制作的泡沫金属,孔隙率在40%～60%左右,而通孔的海绵态泡沫金属的孔隙率可高达98%。随孔隙率的提高,泡沫金属的密度降低,泡沫金属的密度低,一般只有同体积金属的1/10～3/5。它的比表面积则较大,为10～40cm2/cm3。例如孔隙率大于63%的泡沫铝合金,其密度可达1以下,能够浮于水面上. 2多孔泡沫金属的性能及其应用泡沫金属材料的性能主要取决于气孔在基体材料内的分布情况,包括气孔的类型、形状、大小、数量、均匀性、以及比表面积等.多孔泡沫金属材料自问世以来,作为结构材料,它具有轻质、高比强度的特点;作为功能材料,它具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种物理性能[5];因此它在国内外一般工业领域及高技术领域都得到了越来越广泛的应用。 2.1渗透性能及应用渗透性是高孔隙率材料在过滤、液-液分离、噪声抑制等方面的关键性能。泡沫金属中闭孔的数目对渗透性的影响较大,只有那些具有通孔结构的泡沫材料才有渗透性能,另外,渗透性还与孔径大小、孔的表面光洁度、渗透物体的性质(如黏度、流速)、渗透压力等因素有关.因其多孔性可将其应用于化学过滤器(如滤掉液体、气体中的固体颗粒等)、供净化水使用的气化处理器、自动加油的含油轴承、带香味的装饰品等。通过对泡沫金属孔结构(如孔隙度、孔径大小、通孔度等)的调整,可以获得不同透过性能要求的泡沫金属材料。 2.2消声减震性能及应用[6-8]具有通孔结构的泡沫金属材料,当有声波或机械振动波进入时,孔内介质(一般为空气)在声波作用下产生周期性的震动而与孔壁摩擦形成摩擦热,孔内介质在声波作用下发生压缩─膨胀形变也使部分声能变为热能,这种能量转换是不可逆的,对消声起主导作用;另外,泡沫材料本身也可以因弹性震动而消耗一部分声能;又由于泡沫材料具有的特殊结构,使其具有改变声源特性的功效,可以使难以消除的中低频段噪声峰值移向高频段,这些特征均为采用常规手段进一步降低气流噪声提供了有利条件。与其它的消音材料
多孔金属材料的制备方法及应用研究
多孔金属材料的制备方法及应用研究 本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！ 多孔金属材料是金属基体与孔隙共同组成的复合材料，也是一种新型的集结构和功能于一体的材料，因其具有独特的性质而备受广大科研工作者的热切关注. 它不仅比重低、强度高，而且具有消音、减振、耐热、渗透等诸多良好的性能，因而在化工、建筑、国防、医学、环保等领域有广泛的应用. 从多孔金属材料的性质考虑，多孔金属既承接了金属方面的性能，又具有多孔材料方面的性能. 作为金属材料，相比玻璃、陶瓷、塑料等非金属，它具有耐高温、良好的导电导热性、高强度，易加工成型的特点; 作为多孔材料，它比致密金属有诸多良好的性能，如轻质、比表面积大、吸能好等. 根据金属的状态和孔隙形成的来源，逐渐产生了许多制备多孔金属材料的工艺，有些在原有的工艺条件下进行了优化和创新，并取得了一定的成效. 1 多孔金属材料的制备方法 从多孔金属材料的定义上讲，它是多孔和金属两个词的统一体，这给科研工作者提供了制备多孔金属
的着手点，从而衍生出一系列制备多孔金属的工艺，包括材料的选择、孔隙结构的来源、设备调整、工艺参数的确定等方面. 金属的状态可以分为液态、固态、气态和离子态，而气孔的产生通常是以直接和间接的方式，两者相结合从而产生了不同的制备工艺. 传统上可分为铸造法、金属烧结法、沉积法等. 1. 1 铸造法 铸造法分为熔融金属发泡法、渗流铸造法和熔模铸造法等. 1. 1. 1 熔融金属发泡法 熔融金属发泡法包括气体发泡法和固体发泡法. 此方法的关键措施是选择合适的增粘剂，控制金属粘度和搅拌速度，以优化气泡均匀性和样品孔结构控制的程度. 此法主要用于制备泡沫铝、泡沫镁、泡沫锌等低熔点泡沫金属. 对于熔融金属发泡法，当前研究较多的是泡沫铝. 李言祥对泡沫铝的制备工艺、泡沫结构特点及气孔率方面进行了深入的实验研究; 于利民等人根据采用此法生产泡沫铝在国内外泡沫金属的发展形势，总结并探讨了其制备工艺及优缺点. 1) 气体发泡法 气体发泡法指的是向金属熔体的底部直接吹入气体的方法. 为增加金属熔体的粘度，需要加入高熔点
纳米金属材料的制备方法
纳米硬质合金制备技术 纳米硬质合金具有很高的强度、硬度等力学性，能同时还具有普通超细合金难以获得的高导热特性（普通超细合金的导热性能随着晶粒度的减小而降低,瑞典的Sandvik公司就以硬质合金的导热性发生突变时合金晶粒度的临界值作为纳米硬质合金判据,认为晶粒度小于0.3μm的合金即可称为纳米硬质合金）。控制烧结过程中的晶粒长大是制备纳米硬质合金块体材料的关键,随着纳米（晶）硬质合金粉末制备技术的成熟,纳米（晶）硬质合金粉末的烧结研究成为材料研究领域的热点。 纳米晶粉末存在着很大的表面能和晶格畸变能，在烧结热处理中这些能量被充分释放，具体表现为晶粒迅速长大和快速致密化。在保证致密化的前提下,有效控制烧结过程中的晶粒长大成为纳米硬质合金制备技术的难点。为了抑制烧结晶粒长大,可在粉末中添加晶粒长大抑制，但添加抑制剂并不能有效地将晶粒控制在100nm以内，于是又发展了众多新的烧结方法,以期通过压力、电磁等活化作用来实现低温短时烧结,进一步控制晶粒长大。以下将对纳米硬质合金新型烧结技术进行简要介绍。 1 压力烧结 在烧结时施加压力可以加快烧结时的颗粒重排,快速实现致密化,消除孔隙,较有效控制烧结过程的晶粒长大。压力烧结主要有低压烧结、热等静压、热压、超高压烧结和爆炸烧结等。 1.1低压烧结 目前人们研究较多并且在工业中被广泛应用的是低压烧结。低压烧结将成形剂脱除、真空烧结和热等静压合并在同一设备中进行,最终烧结阶段采用氢气保护,压力一般为4~6MPa,可实现快速冷却。在低压烧结过程中,大部分收缩发生在真空烧结阶段,在加压阶段消除显微孔隙,使烧结体完全致密。其工艺主要优点为钻池几乎可以完全被消除，孔隙度显著降低,制品内部的缺陷得到有效控制合金的组织结构细小均匀。由于烧结和加压在同一设备中进行,不易造成产品的氧化和脱碳,还可通过引人碳势气体(如CH4等)来调整合金中的碳含量。 1.2热等静压
纳米银的制备及应用研究进展
湖南工程学院 课程论文 学院化学化工学院班级化工1103 姓名吴飞学号201106010305 课程论文题目纳米银的制备及应用研究进展课程名称学科前沿讲座 评阅成绩 成绩评定老师签名 日期：2014 年10 月11 日
纳米银的制备及应用研究进展 吴飞 （湖南工程学院，湖南湘潭 411100） 摘要纳米银具有独特的热光、电磁、催化和敏感等特性,具有广阔的应用前景,是金属纳来材料研究的热点.阐述了制备纳米银的方法,包括化学还原法!光化学还原法!模板法!溶胶一凝胶法! 微乳液法激光烧蚀法等,列举了纳米银在化学反应!光学领域!杭菌领域和作为杭静电材料的主要应用,简述了纳米银制备过程中存在的不足,展望了纳米银合成研究的发展趋势. 关键词纳米银制备方法应用 Research Progress of Preparation and Application of Silver Nanomaterial Wu Fei (Hunan lnstitute of Engineering,Hunan Xiangtan 411100) Abstract Silver nanomaterial, one of the most active researeh fields in the metal nanometer materials, has a wide arnge of applications because of its unique heat , light , electricity and magnetism , catalysis and sensitive features .The prePartion methods of silver nanoparticles are discussed ,including chmeical reduction , photoehmeical reduction ,template , sol-gel method, microemulsion , laser ablation method and so on.Their main applications of nano-silver in chmeical reactions , optical field, anti-bacterial field and anti-static materials are introduced.The shortages in the fabrica -tion process of silver nanomaterial are also outlined. The developing trends of the synthetic technique in the Preparation of the silver nanomaterials are Prospected. Key words silver nanoparticle,preparation,application 前言 纳米银是指粒径为1~100 nm的金属银单质，是一种新兴的功能材料。纳米银独特的热、光、电、磁、催化和敏感等特性引起了化学、物理和材料学家的广泛兴趣，特别是一维、二维的纳米银材料，例如，单分散的纳米颗粒、纳米线、纳米棒、纳米板材和纳米立方体等被认为在化学反应、抗菌和其它领域具有很大的潜在应用。 纳米银具有很高的比表面积和表面活性川，导电率比普通银至少高20倍，因此，广泛用作催化剂材料、防静电材料、低温超导材料和生物传感器材料等阅。另外，纳米银还具有抗菌功能，可应用于医药行业。因此，研究纳米银的制备方法具有重要意义。本文就近年来应用较多的纳米银的合成方法进行了评述，并对其应用作了简要的总结。 1纳米银的应用 纳米银粉基于其粉体粒径小，而具有比表面积大、表面活性点多、催化活性高、熔点低、烧结性能好等优点，此外，它还保留了金属银的导电性好、抗菌性能好，电铸银颜色光亮的优点，使得纳米银粉在热、电、光、声、磁和催化方面具有广阔的应用前景。 1.1纳米银应用于催化领域 纳米银粉由于粒径小、比表面积和表面能高、表面活性点多、表面原子的配位情况与颗粒内部原子有很大差异，具有优良的催化活性和反应选择性，可提高反应效率，因而其催化活性和选
纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法 一、前言 纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。早在二十世纪60年代，英国化学家Thomas就使用“胶体”来描述悬浮液中直径为1nm-100nm的颗粒物。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当粒子尺寸小至纳米级时，其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来，一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。 应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。 纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。 二、纳米材料的制备方法 （一）、机械法 机械法有机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。机械球磨法无需从外部
纳米银 聚合物复合材料的制备研究进展
Material Sciences 材料科学, 2018, 8(5), 447-454 Published Online May 2018 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/f38903007.html,/journal/ms https://https://www.wendangku.net/doc/f38903007.html,/10.12677/ms.2018.85050 Progress in Preparation of Nanosilver/Polymer Composites Wenbo Li, Shuhong Sun, Yong Liu, Yan Zhu* Kunming University of Science and Technology, Kunming Yunnan Received: Mar. 23rd, 2018; accepted: Apr. 30th, 2018; published: May 8th, 2018 Abstract Nanosilver/polymer composites have unique physical and chemical properties such as non-linear optical effects and optical energy conversion effects, and have broad application prospects in an-tibacterial self-cleaning, surface enhanced Raman scattering (SERS) and so on. Previous re-searches show that the preparation technology of nanosilver/polymer composites has an impor-tant influence on structure and performance. Its preparation methods can be divided into two categories: mixing nanosilver in polymer and coating nanosilver on polymer surface. In this paper, the methods of mixing nanosilver in polymers—physical blending method, in-situ method and ion exchange method, and the methods of coating nanosilver on polymer surface—physical method, chemical method, and physical-chemical combination method are respectively reviewed. Keywords Nanosilver, Polymer, Composites 纳米银/聚合物复合材料的制备研究进展 李文博，孙淑红，刘勇，朱艳* 昆明理工大学，云南昆明 收稿日期：2018年3月23日；录用日期：2018年4月30日；发布日期：2018年5月8日 摘要 纳米银聚合物复合材料具有非线性光学效应、光能转化效应等独特的物理化学性质，在抗菌自洁、表面*通讯作者。