去合金法制备多孔银材料

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:g0454162200804
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银是一种重要的贵金属,在货币、装饰以及工业上都具有独特的经济和应用价值。纳米多孔银以其独特的纳米三维双连续韧带/通道结构,具备极高的比表面积,表现出不同于传统致密材料和发泡材料的独特性能,在催化、杀菌、传感、力学、光学等领域表现出广阔的应用前景。本文以金属银和镓为原料,以镓银合金ζ’相的制备和腐蚀为研究对象,采用光学显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线能谱仪(EDS)、电化学工作站、X射线衍射仪(XRD)等测试和分析手段,从合金化与去合金化两个制备阶段入手,反应扩散制备了镓银合金ζ’相,再腐蚀此ζ’相制备得到目标产物多孔银。在此基础上,系统研究了低温下反应扩散制备镓银合金的物相——ζ’相和相应参数——扩散温度、扩散时间,检测了ζ’相成分,分析了反应扩散机理,计算出了反应扩散速率及反应活化能;以ζ’相作为去合金化前驱体,分别采用化学腐蚀和电解腐蚀的方法,制备得到不同结构的多孔银,系统研究了不同种类腐蚀液、腐蚀液温度、电解电压、表面活性剂加入等因素对制备多孔银形貌结构的影响,探讨了去合金化多孔结构的形成机理,研究结果如下:1.发现可以通过把镓渗入银基体的方式,在扩散温度低至100℃下即可通过反应扩散制备镓银合金ζ’相,且制备速度相当可观,100℃时ζ’相生长速度可达0.95μm/min。针对1mm厚银片样品,最佳制备参数为扩散温度100℃、扩散时间10小时。2.观察反应扩散样品截面发现ζ’相-银基体两相界面呈平行于样品表面直线的形状,随扩散进行向样品内部发展,成分分析发现ζ’相中镓元素含量稳定在33at.%(ζ’相中镓元素固溶度上限)左右,截面能谱线扫结果显示,从样品表面到ζ’相-银基体两相界面,镓含量保持稳定,仅在两相界面300nm宽度区域内发生变化,说明镓在银中的反应扩散速率是由ζ’相-银基体两相界面反应速率而非镓原子在ζ’相层中的扩散速率控制。通过对不同扩散时间ζ’相层厚度的测量,发现ζ’相以稳定速度生长,验证了上述发现,并计算了不同温度下ζ’相的生长速度和产生ζ’相的反应活化能Ea。3.通过对ζ’相的化学腐蚀,发现其较为耐腐蚀,除去会对银产生腐蚀的强酸,各种常用酸、碱腐蚀液对ζ’相的腐蚀效果都表现不佳,仅盐酸在加热下才能在相当长时间(72小时)腐蚀后使样品表面通过XRD检测到完全生成银。对ζ’相电化学测试发现,其在盐酸中的自腐蚀电流数量级仅为10-3A/cm2,采用失重法对腐蚀速度进行了观测,都说明ζ’相较耐腐蚀,化学腐蚀速度慢,不适合采用化学腐蚀对ζ’相进行去合金化。电镜观察样品表面为孤立竖直多孔结构,孔径200nm左右,研究了其独特的腐蚀机制。4.电解腐蚀成功制备形貌为三维双连续结构的多孔银,系统研究了各种参数对腐蚀形貌的影响,发现如需细化多孔银的表面形貌,可以从如下几方面入手:1)电解液使用盐酸,2)升高电解液浓度,3)适当加大电解电压,4)在电解液中加入如十二烷基磺酸钠(SDS)之类的表面活性剂。研究验证了去合金化ζ’相制备多孔银的机理,发现去合金化大致可分为两个步骤,一为晶间腐蚀,二为晶内腐蚀。在单个晶粒上,发现了岛状区域的形成,以及单个晶粒尚未完全去合金化,表面布满多孔结构的单晶粒。
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