CN110983320A - 一种具有多尺度纳米多孔的金属材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有多尺度纳米多孔的金属材料的制备方法，包括以下步骤：1）对金属材料的表面进行氧化处理，使待处理的目标表面区域产生有一层氧化层；2）在室温下，将表面氧化后的金属材料用硼氢化钠溶液浸泡；3）将浸泡后的金属材料取出后用酒精和去离子水轮流冲洗表秒，然后干燥保存，避免形貌发生变化。本发明通过在金属表面通过对既有表面进行二次加工以制备多尺度纳米多孔结构，采用先氧化后还原的方法进行，对金属材料成分的要求较低，仅需要考虑金属材料本身的氧化特性即可，工艺简便性以及广泛应用性得到大大提高。
Description
技术领域
本发明属于多尺度纳米多孔金属材料领域，具体涉及一种具有多尺度纳米多孔的金属材料的制备方法。
背景技术
多尺度纳米多孔结构材料是指一种具有不同尺寸量级的多孔结构的材料，从纳米到亚微米到微米。这种结构广泛存在于生物基体中，比如蚕丝、木炭、木纤维等等，最直接的表现就是具有特殊的光学属性。人造多尺度纳米多孔结材料构可用于催化反应、光催化、能量存储、过滤/分离、药物释放等领域。
多尺度纳米多孔结构材料的制造（合成）方法一般需要多个步骤，每一个步骤制造一个量级的结构。当下使用的方法包括：表面活性剂模板法、复制法、溶胶凝胶法、后处理法、乳液模板法、相分离法、沸石化法、自组装法、胶体模板法、仿生法、高分子模板法、超临界流体法、冻干法、呼吸图案法和选择性萃取（溶解）法。虽然合成方法众多，但每一种方法都是“从头开始”的技术。缺少一种可以加工既有材料表面的——表面修饰技术。“相分离法”和“选择性萃取（溶解）法”可以在一定程度上用于对既有材料的表现进行表面多孔化处理，但是对于材料成分有一定的要求（成分类型，成分比例等）。
对于金属材料，“相分离法”对应着“脱合金法”和“离子晶体还原法”，一种选择性溶解一部分合金成分的制造多孔金属材料的技术。在一定的工艺参数下，通过多次相分离即可实现多尺度纳米的多孔结构。同样，不论是脱合金法还是离子晶体还原法都对原料的成分有较多的限制。在笔者的知识范围内，尚未有一种可以在金属表面对既有表面进行二次加工以制造多尺度纳米多孔结构的技术。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明设计的目的在于提供一种具有多尺度纳米多孔的金属材料的制备方法。
本发明通过以下技术方案加以实现：
所述的一种具有多尺度纳米多孔的金属材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）对金属材料的表面进行氧化处理，使待处理的目标表面区域产生有一层氧化层；
2）在室温下，将表面氧化后的金属材料用硼氢化钠溶液浸泡；
3）将浸泡后的金属材料取出后用酒精和去离子水轮流冲洗表秒，然后干燥保存，避免形貌发生变化。
步骤1）中氧化处理可采用任何导致材料表面/整体氧化的工艺过程，如：高温氧化、液相反应、真空等离子炉实现。
步骤2）中硼氢化钠溶液的浓度为0.1-0.01mol/L。
步骤2）中浸泡时间不少于1min，浸泡过程伴随搅拌，搅拌速率＜500r/min。
所述金属材料为铜、铝、镍金属及合金材料。
本发明通过在金属表面通过对既有表面进行二次加工以制备多尺度纳米多孔结构，采用先氧化后还原的方法进行，对金属材料成分的要求较低，仅需要考虑金属材料本身的氧化特性即可，工艺简便性以及广泛应用性得到大大提高。
附图说明
图1为黄铜表面经过处理从平面到多尺度纳米多孔的演变过程；
（a）原始表面；（b）40℃ 1 MNaOH浸泡24 h后的黄铜棉絮状多孔表面；（c）0.1 M NaBH4浸泡1 min 后得到黄铜双层级层片-多孔表面；
图2为还原后黄铜多尺度纳米层片-多孔表面；
图3为还原法制备多尺度纳米多孔结构流程示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步详细描述，并给出具体实施方式。
本发明一种具有多尺度纳米多孔的金属材料的制备方法，首先利用氧化手段（如：高温氧化、液相反应、真空等离子炉）在待处理金属样品表面制造一个均匀的氧化层将目标表面覆盖。根据氧化的方式可以保留或者改变原有的金属样品的表面形貌。然后使用硼氢化钠（NaBH4）水溶液对多孔金属表面的氧化层进行还原，进而在大部分保留原本氧化后形貌的基础上制造出孔隙直径约60nm的次级多孔结构。
实施例
下面以黄铜为例进行具体说明。在原本多孔铜的基础上进行二次加工，在原形貌基础上制造次级多孔结构。相比其他多尺度纳米多孔材料的制造方法，本方法适用于在原本表面结构尺寸不小于100nm的金属表面制造小于100nm的次级多孔结构。具体流程示意图如图3所示。
具体制备过程为：将作为样品的黄铜进行表面氧化处理，样品黄酮的原始表面见图1（a）所示,令待处理的目标表面区域产生一层氧化层；该步骤采用氧化剂氧化法进行氧化处理：将黄铜样品置于1M氢氧化钠溶液中（40℃），无搅拌的情况下室温浸泡24h，取出晾干即得黄酮棉絮状多孔表面，见图1（b）所示，将氧化后的黄铜样品用0.1 mol/L的硼氢化钠溶液浸泡3 min，搅拌速率<500 r/min，得到黄铜双层级层片-多孔表面，如图1（c）所示，其放大图如图2所示。
Claims (5)
1.一种具有多尺度纳米多孔的金属材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）对金属材料的表面进行氧化处理，使待处理的目标表面区域产生有一层氧化层；
2）在室温下，将表面氧化后的金属材料用硼氢化钠溶液浸泡；
3）将浸泡后的金属材料取出后用酒精和去离子水轮流冲洗表面，然后干燥保存。
2.如权利要求1所述的一种具有多尺度多孔的金属材料的制备方法，其特征在于步骤1）中氧化处理可采用任何导致材料表面/整体氧化的工艺过程，如：高温氧化、液相反应、真空等离子炉实现。
3.如权利要求1所述的一种具有多尺度多孔的金属材料的制备方法，其特征在于步骤2）中硼氢化钠溶液的浓度为1-0.01mol/L。
4.如权利要求1所述的一种具有多尺度多孔的金属材料的制备方法，其特征在于步骤2）中浸泡时间不少于1min，浸泡过程伴随搅拌，搅拌速率＜150r/min。
5.如权利要求1所述的一种具有多尺度多孔的金属材料的制备方法，其特征在于金属材料为铜、铝、镍金属及合金材料。
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