CN108754482A - 一种新型多孔NiCuC合金膜材料及其制备方法 - Google Patents

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康建刚
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粟雨轲
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Abstract

本发明提供了一种石墨固溶的NiCu合金多孔膜材料(NiCuC)及其制备方法，该方法包含以下步骤：1.高纯羰基镍粉、电解铜粉混合聚乙烯醇缩丁醛液形成混合金属粉浆料；2.控制浆料粘度在以薄层硬脂酸锌隔离的石英平板表面覆膜，压膜器控制NiCuC生膜厚度为50～500μm，置于真空干燥器干燥8小时；3.从石英平板表面移出平整NiCuC生膜，转移并平置于多孔氧化铝板表面；4.控制升温速率及保温平台，真空烧结得到多孔NiCuC合金膜材料。此三维多孔合金膜具有优异的导电性，良好的耐腐蚀性，非常适用于制作功能复合材料的支撑基底单元，同时亦可作为功能复合材料原位生长活性物质的前驱体。

Description

一种新型多孔NiCuC合金膜材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于功能复合材料制备领域，涉及一种三维孔道、高比表面积的，具有良好导电性的基底材料及其制备方法，所制备的多孔NiCuC合金膜材料适用于电解水，动力电池，气相催化还原等行业作活性物质载体材料及相应功能材料的原位生长前驱体材料。
背景技术：
目前，具有电催化、吸附、储能、化学催化等功能的活性材料大多以粉体形成，后续复合结构制作过程中仍需要混浆、涂布、裁剪等工艺制成片状、环状等步骤，对于电催化体系甚至要使用金属集流体、导电添加剂和粘结剂，提高了复合功能材料的制备成本。近年来复合功能材料的重要发展趋势是将活性物质原位生长在导电碳纤维布或泡沫镍上，并以其整体作为柔性自支撑体，在大大简化复合功能材料的制备工艺，然而，活性物质在这类导电基体上的负载稳定性、物质相容性以及成本高居不下等问题仍然没有很好的解决。具有三维多孔结构优势的多孔NiCuC合金膜具有较大的比表面积和贯通的结构，为活性物质的原位生长提供更丰富的位点及更大的空间容量，对碳材料(如碳纳米管，石墨烯等)、过渡族金属氧化物及氢氧化物(MnO2、NiO、CuO、Ni(OH)2等)、过渡族金属磷化物、硫化物等都有良好的相容性，形成的多维复合结构有利于复合材料活性物质与气相或液相介质的充分接触和电子传递，在电池、电解、电化学传感器、化学催化等领域都有很大的应用前景。
发明内容：
针对现有复合功能材料基底单元负载稳定性、物质相容性的不足，以及高成本趋势，本发明的目的在于，提供一种自支撑三维多孔NiCuC合金膜材料的制备方法及由该方法制备出的自支撑合金基底膜，制备过程简易，应用范围广泛。本发明采用如下技术方案实现：
1.NiCuC生膜浆料的制备；
以高纯高比表面积羰基镍粉、电解铜粉混合聚乙烯醇缩丁醛液；
2.NiCuC生膜的制备；
控制NiCu粉浆料粘度在以薄层硬脂酸锌隔离的石英平板表面覆膜，压膜器控制生膜厚度为50～500μm，置于真空干燥器干燥8小时；将干燥后的平整生膜从石英平板表面移出，转移并平置于多孔氧化铝板表面；
3.三维多孔NiCuC合金膜自支撑膜的烧结成型。
控制升温速率及保温平台，真空烧结得到三维多孔NiCuC合金膜自支撑膜材料。
附图说明：
图1.(a)多孔NiCuC合金自支撑膜表面形貌(500倍)及XRD谱(JCPDS:65-7246)；(b)多孔NiCuC合金自支撑膜表面形貌(3000倍)
图2.多孔NiCuC合金自支撑膜截面形貌(膜厚58.4μm)
实施例：本实施例给出一种制备多孔NiCuC合金自支撑膜材料的方法，包括以下具体步骤：将高纯羰基镍粉(中位径6.4μm)，高纯电解铜粉(中位径5.8μm) 在氮气保护氛下混合12小时；40℃下，取聚乙烯醇缩丁醛3g，以无水乙醇32mL 超声溶解得到聚乙烯醇缩丁醛液；取镍铜混合粉8g，聚乙烯醇缩丁醛液11g，磁力搅拌至形成均匀浆料，密封静置60min无气泡。以薄层硬脂酸锌隔离平整无滑痕石英表面，取浆料10g覆膜面积80cm2，置于真空干燥箱中干燥8小时；将形成的生膜从石英平板表面脱除，平铺于涂覆薄层硬酸酸锌隔离的多孔氧化铝板，置入真空烧结炉进行烧结。控制升温速率及保温平台，在600度保温4小时， 800℃保温2小时，1000℃保温1.5小时，1100℃保温2小时，程序结束后随炉冷却，可得到多孔NiCuC合金自支撑膜材料，石墨含量12wt.％，膜厚58.4μm。合金膜物相及表面形貌见附图1，断面形貌及膜厚见图2。

Claims (10)

1.一种具有三维多孔NiCuC合金膜自支撑膜，其特征在于，以石墨含量控制三维多孔NiCuC合金膜自支撑膜的厚度，厚度可在50~500 μm之间调控，孔径及孔道形貌可根据原始镍、铜粉粒度及形貌调控；具有三维多孔结构优势的多孔NiCuC合金膜材料具有较大的比表面积和贯通的结构，为活性物质的原位生长提供更丰富的位点及更大的空间容量，有利于复合材料活性物质与气相或液相介质的充分接触和电子传递。
2.一种具有多维孔结构的NiCuC合金自支撑膜的制备方法，其特征在于，多孔合金支撑膜的韧性可根据聚乙烯醇缩丁醛的分解温度来调控，具体过程包括以下步骤：
1）NiCuC生膜浆料的制备；
2）NiCuC生膜的制备；
3）多孔NiCuC合金自支撑膜的烧结成型。
3.根据权利要求2所述的一种具有多维孔结构的NiCuC合金自支撑膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1）NiCuC生膜浆料的制备方法中，以高纯高比表面积羰基镍粉、电解铜粉混合聚乙烯醇缩丁醛液；所述镍粉粒度在5～20μm，镍粉形貌由羰基镍粉，雾化镍粉，电解镍粉中的一种或两种。
4.根据权利要求2所述步骤（1）NiCuC生膜浆料的制备方法，其特征在于，所述铜粉粒度在5～15μm，铜粉形貌为雾化铜粉，电解铜粉中的一种或两种，镍铜混合粉中铜粉质量百分数为10.0 wt.%~45.0 wt.%，混合时间5~12小时。
5.根据权利要求2所述步骤（1）NiCuC生膜浆料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇缩丁醛分子量范围为30000~60000，采用溶剂为松油醇、丁酮或乙醇中的一种；聚乙烯醇缩丁醛液质量浓度为8.0wt.%～30.0 wt.%；混合粉浆料质量浓度为10 wt.%～45.0 wt.%。
6.根据权利要求2所述的一种具有多维孔结构的NiCuC合金自支撑膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）NiCuC生膜的制备方法为，控制NiCu粉浆料粘度在以薄层硬脂酸锌隔离的石英平板表面覆膜，压膜器控制生膜厚度为50~500 μm，置于真空干燥器干燥8小时；将干燥后的平整生膜从石英平板表面移出，转移并平置于多孔氧化铝板表面。
7.根据权利要求6所述步骤（2）NiCuC生膜的制备方法，其特征在于，NiCu浆料配制好后密封静置使金属混合粉末颗粒均匀分散，无气泡悬浮；多孔氧化铝板表面以薄层硬酯酸锌隔离，防止烧结NiCuC成膜粘连于氧化铝板。
8.根据权利要求2所述的一种具有多维孔结构的NiCuC合金自支撑膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）多孔NiCuC合金自支撑膜的烧结成型方法为，控制升温速率及保温平台，真空烧结得到三维多孔NiCuC合金膜自支撑膜材料。
9.根据权利要求8所述步骤（3）多孔NiCuC合金自支撑膜的烧结成型方法，其特征在于，真空烧结最高温度为1100 ℃，保温平台为600～1000 ℃中的两至五段，保温时长控制在1～5 hrs范围内。
10.根据权利要求9所述步骤（3）多孔NiCuC合金自支撑膜的烧结成型方法，其特征在于，烧结程序结束后随炉冷却至80 ℃以下，得到多孔NiCuC合金自支撑膜材料。
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