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@

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