CN111254308A - 一种提高金属孪晶高温稳定性的方法 - Google Patents

一种提高金属孪晶高温稳定性的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111254308A
CN111254308A CN202010072524.7A CN202010072524A CN111254308A CN 111254308 A CN111254308 A CN 111254308A CN 202010072524 A CN202010072524 A CN 202010072524A CN 111254308 A CN111254308 A CN 111254308A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano
metal
graphene
temperature
twin crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010072524.7A
Other languages
English (en)
Inventor
盖梦珂
习卫
罗俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University of Technology
Original Assignee
Tianjin University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University of Technology filed Critical Tianjin University of Technology
Priority to CN202010072524.7A priority Critical patent/CN111254308A/zh
Publication of CN111254308A publication Critical patent/CN111254308A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C22C1/081—Casting porous metals into porous preform skeleton without foaming
    • C22C1/082—Casting porous metals into porous preform skeleton without foaming with removal of the preform
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种提高金属孪晶高温稳定性的方法。先用去合金法或者电化学法、模板法制备纳米多孔金属，之后将纳米多孔金属置于甲烷气氛中以在其表面覆盖一层非晶碳，再进行加热反应。高温时，非晶碳被催化为石墨烯，部分纳米多孔金属熔化和蒸发，于是产生受石墨烯束缚的纳米液滴。温度降低，液滴发生凝固，并在其中产生孪晶，形成受石墨烯束缚的纳米金属孪晶。所述纳米多孔金属包括纳米多孔铜、纳米多孔金、纳米多孔银以及纳米多孔钯。本发明的制备工艺简单、普适性高，将纳米金属孪晶的表面用石墨烯束缚，可以极大提高其高温稳定性，保持良好的材料性能，有望拓展金属孪晶的应用范围。

Description

一种提高金属孪晶高温稳定性的方法
技术领域
本发明是一种关于纳米金属材料的，特别涉及一种在凝固过程中、高温保温期间金属孪晶维持稳定的方法。
背景技术
孪晶是许多晶体的重要变形方式，并直接影响材料(尤其是金属纳米材料)的力学和化学性质。纳米金属孪晶能够在显著提高金属强度、硬度的同时也改善材料的塑性，具有极佳的综合性能。因此，纳米尺度金属孪晶材料逐渐成为材料领域的研究热点。但是由于较小的纳米颗粒在高温下具有粗糙和表面熔化的特性，因此纳米金属孪晶在高温时很难保持稳定状态。这对其优异性能的应用产生了巨大的阻碍，所以怎样能够有效简单地明显提高金属孪晶的高温稳定性是一个难题。
通常，较小的纳米颗粒容易受附着物的束缚。例如Cu纳米线作为催化剂，其表面包裹了非晶碳，包裹层阻碍了纳米结构的形态变化并防止了选择性位点的损失。如果将纳米金属孪晶的表面用石墨烯束缚，更可以提高其高温稳定性，保持良好的材料性能，并且可以使纳米金属孪晶获得更广泛的应用。基于此，发明一种提高金属孪晶高温稳定性的方法，是本专利申请的核心思想。
发明内容
本发明的目的，是为了解决现有技术在高温期间金属孪晶容易消失的问题，提供一种可以在高温期间金属孪晶维持稳定的方法。
本发明通过如下技术方案予以实现：
本发明采用将合金条带通过去合金法制备出纳米多孔金属(NPM)，之后将NPM置于甲烷气氛，然后进行加热反应再降温凝固，形成受石墨烯束缚的纳米金属孪晶。
一种提高金属孪晶高温稳定性的方法，具体步骤如下：
(1)采用去合金法制备纳米多孔金属——纳米多孔铜，缩写为NPC；
(2)将步骤(1)的NPC在室温下置于CH4气氛中1小时，使其表面覆盖一层非晶碳；然后以30℃/min的加热速率升温至1080℃，再以60℃/min的速率使温度降低至985℃时；
在较高的温度下，非晶碳被催化，转换为石墨烯，部分NPC熔化并蒸发，形成了受石墨烯束缚的纳米Cu液滴；当温度降低至985℃时，这些液滴凝固为晶体，并在其中产生了纳米孪晶，这种受石墨烯束缚的金属孪晶具有高温稳定性。
所述步骤(1)的纳米多孔金属还包括纳米多孔金、纳米多孔银以及纳米多孔钯。
所述步骤(1)的纳米多孔金属也可以通过电化学法或模板法获得。
本发明一种提高金属孪晶高温稳定性的方法，开创了有效提升金属孪晶纳米材料应用温度方法的先河，将纳米金属孪晶的表面用石墨烯束缚，可以极大提高其高温稳定性，保持良好的材料性能，有望拓展金属孪晶的应用范围，对发展新材料和改善材料性能等方面具有巨大的发展潜力。本发明的工艺简单，普适性高。
附图说明
图1是实施例1的纳米多孔铜(NPC)表面的低倍SEM形貌图；
图2是实施例1表面覆盖非晶碳的NPC加热时的中倍TEM明场像；
图3是实施例1的高温时受石墨烯束缚的Cu液滴的高倍TEM明场像；
图4是实施例1的高温时受石墨烯束缚的Cu液滴的TEM衍射图；
图5是实施例1的凝固时受石墨烯束缚的Cu孪晶的高倍TEM明场像；
图6是实施例1的凝固时受石墨烯束缚的Cu孪晶的TEM衍射图。
具体实施方式
下面通过以下具体实施例来进一步说明本发明，实施例仅仅是示例性的，而非限制性的。
实施例1
NPC首先置于甲烷气氛，再加热熔化，最后降温凝固形成受石墨烯束缚的Cu孪晶。
(1)使用去合金法制备NPC。
将Cu17Al83合金条带放入过量的2mol/L的NaOH中，然后置于25℃的恒温水浴中4小时，以腐蚀其中的Al成分，形成纳米多孔铜(NPC)。倒出NaOH溶液，依次加入超纯水和无水乙醇，分别洗涤3次和1次。得到的材料即为NPC，图1是NPC表面的低倍SEM形貌图，可以看出制备的材料是准二维片状结构。
将步骤(1)制得的NPC在室温下置于CH4气氛中1小时，使其表面覆盖非晶碳，然后以30℃/min的加热速率升温至1080℃，进行加热反应，非晶碳在较高温度下被催化，成为石墨烯，部分NPC熔化并蒸发，形成了受石墨烯束缚的纳米Cu液滴。当温度降低至985℃时，这些液滴凝固为晶体，并在其中产生了纳米金属孪晶。这种受石墨烯束缚的金属孪晶具有高温稳定性。
参见图2、3、4、5和6。图2是实施例1表面覆盖非晶碳的NPC加热时的中倍TEM明场像，由图可以看出NPC的表面附着了一层非晶碳，并且一部分NPC熔化成为了单个液滴。图3是实施例1的高温时受石墨烯束缚的Cu液滴的高倍TEM明场像，从图中可以看到升温至1080℃时，Cu液滴完全熔化，其表面被石墨烯包裹。图4是实施例1的高温时受石墨烯束缚的Cu液滴的TEM衍射图，可以看出该结构是非晶，证明此时Cu为液体。降温至985℃时Cu液滴凝固，形成Cu孪晶，图5是实施例1的凝固时受石墨烯束缚的Cu孪晶的高倍TEM明场像。图6是Cu孪晶的TEM衍射图，此时可以看出微观结构显示为(111)晶面和(200)晶面。

Claims (3)

1.一种提高金属孪晶高温稳定性的方法，具体步骤如下：
(1)采用去合金法制备纳米多孔金属——纳米多孔铜，缩写为NPC；
(2)将步骤(1)的NPC在室温下置于CH4气氛中1小时，使其表面覆盖一层非晶碳；然后以30℃/min的加热速率升温至1080℃，再以60℃/min的速率使温度降低至985℃时；
在较高的温度下，非晶碳被催化，转换为石墨烯，部分NPC熔化并蒸发，形成了受石墨烯束缚的纳米Cu液滴；当温度降低至985℃时，这些液滴凝固为晶体，并在其中产生了纳米孪晶，这种受石墨烯束缚的金属孪晶具有高温稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种提高金属孪晶高温稳定性的方法，其特征在于，所述步骤(1)的纳米多孔金属还包括纳米多孔金、纳米多孔银以及纳米多孔钯。
3.根据权利要求1所述的一种提高金属孪晶高温稳定性的方法，其特征在于，所述步骤(1)的纳米多孔金属也可以通过电化学法或模板法获得。
CN202010072524.7A 2020-01-21 2020-01-21 一种提高金属孪晶高温稳定性的方法 Pending CN111254308A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010072524.7A CN111254308A (zh) 2020-01-21 2020-01-21 一种提高金属孪晶高温稳定性的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010072524.7A CN111254308A (zh) 2020-01-21 2020-01-21 一种提高金属孪晶高温稳定性的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111254308A true CN111254308A (zh) 2020-06-09

Family

ID=70950986

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010072524.7A Pending CN111254308A (zh) 2020-01-21 2020-01-21 一种提高金属孪晶高温稳定性的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111254308A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112569933A (zh) * 2020-12-04 2021-03-30 天津理工大学 一种稳定的金属单原子及其制备方法
CN113186509A (zh) * 2021-02-26 2021-07-30 天津理工大学 一种制备晶格畸变金属纳米材料的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150004329A1 (en) * 2013-06-28 2015-01-01 King Abdulaziz City For Science And Technology Short-time growth of large-grain hexagonal graphene and methods of manufacture
CN105217617A (zh) * 2015-10-22 2016-01-06 天津大学 一种三维纳米多孔石墨烯的制备方法
CN106637214A (zh) * 2016-12-29 2017-05-10 天津理工大学 一种用表面负曲率提升物质本征熔点的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150004329A1 (en) * 2013-06-28 2015-01-01 King Abdulaziz City For Science And Technology Short-time growth of large-grain hexagonal graphene and methods of manufacture
CN105217617A (zh) * 2015-10-22 2016-01-06 天津大学 一种三维纳米多孔石墨烯的制备方法
CN106637214A (zh) * 2016-12-29 2017-05-10 天津理工大学 一种用表面负曲率提升物质本征熔点的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JULIO A. RODRI´GUEZ-MANZO ETAL: "Graphene Growth by a Metal-Catalyzed Solid-State Transformation of Amorphous Carbon", 《ACS NANO》 *
KAI WANG ETAL: "Exponential surface melting of Cu nanoparticles observed by in-situ TEM", 《MATERIALS CHARACTERIZATION》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112569933A (zh) * 2020-12-04 2021-03-30 天津理工大学 一种稳定的金属单原子及其制备方法
CN113186509A (zh) * 2021-02-26 2021-07-30 天津理工大学 一种制备晶格畸变金属纳米材料的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Filipič et al. Copper oxide nanowires: a review of growth
CN104928518B (zh) 一种超细纳米多孔金属及其制备方法
CN107326209B (zh) 贵金属及过渡族金属纳米线及纳米网状材料的制备方法
US20130178357A1 (en) Method for Removing Strongly Adsorbed Surfactants and Capping Agents from Metal to Facilitate their Catalytic Applications
CN109589980B (zh) 一种复合材料催化剂的制备方法、及其产品和应用
WO2016124073A1 (zh) 核壳结构微米和纳米复合金属球形粉末的制造方法
CA2310065A1 (en) Controlled synthesis and metal-filling of aligned carbon nanotubes
JP2003275594A (ja) カーボンナノチューブの低温熱化学蒸着用金属触媒
CN111254308A (zh) 一种提高金属孪晶高温稳定性的方法
CN104674045A (zh) 一种纳米多孔银合金材料及其制备方法
Xie et al. Controlled synthesis, characterization, and crystallization of Ni− P nanospheres
Yu et al. Synthesis of Two‐dimensional Metallic Nanosheets: From Elemental Metals to Chemically Complex Alloys
TW200526824A (en) Manufacturing method of silicon nanowire
Wei et al. Submicron lamellar porous structure formed by selective dissolution of Ti-Al alloy
CN114951646B (zh) 一种金属纳米颗粒负载的石墨烯材料的一步超快制备方法
Battezzati et al. De-alloying of rapidly solidified amorphous and crystalline alloys
CN110787796B (zh) 一种具有规则表面纳米多孔金属的制备方法
Ma et al. Influence of dealloying solution on the microstructure of nanoporous copper through chemical dealloying of Al75Cu25 ribbons
CN107089664B (zh) 一种纳米多孔硅材料的制备方法
CN115852194A (zh) 一种多级纳米多孔金属的制备方法
CN105478119A (zh) 一种用于直接醇类燃料电池的阳极催化材料及其制备方法
CN113755739B (zh) 一种提高增材制造奥氏体钢力学性能的方法
CN101708846B (zh) 一种碳化钛纳米线的制备方法
CN110777380A (zh) 一种扩大纳米多孔金熔化点和凝固点范围的方法
CN110280766B (zh) 多级孔结构镍基合金及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200609

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication