CN117385307A - 金属基体表面粗糙化的处理方法及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金属基体表面粗糙化的处理方法，通过在金属基体表面挂锡，使金属材料与熔融态锡液通过互扩散在金属基体表面形成金属间化合物层，再结合脱合金技术，使金属基体的表面形成粗糙层，从而提高金属基体的比表面积和粗糙度，所得材料在应用至电极材料时，提高了表面的电化学反应活性面积，反应节点增加，提高了其作为电极材料的反应性能。
Description
技术领域
本发明涉及功能材料技术领域，具体而言涉及一种金属基体表面粗糙化的处理方法、泡沫金属、金属丝材及用途。
背景技术
超级电容器主要分为双电层超级电容器与赝电容超级电容器。其中，赝电容超级电容器主要通过表面或近表面快速、近可逆的法拉第过程来实现电荷存储，因而能够提供较高的比电容。
赝电容超级电容器中的电极材料主要包括过渡金属氧化物、过渡金属氢氧化物和导电聚合物。在赝电容电极材料中，过渡金属氧化物或过渡金属氢氧化物由于具有低成本、极高的理论比容量以及优良的电化学氧化还原活性等优点而成为一种具有发展前景的赝电容电极材料。然而，过渡金属氧化物和过渡金属氢氧化物属于半导体，其较差的导电性限制了电化学反应过程中电子的快速输运，因而限制了其在高功率密度要求下的倍率性能。
泡沫金属被定义为一种由相互连接的细丝组成的结构，它是由金属丝材编织而成的三维结构。而泡沫金属和金属丝材在导电性方面优于目前在赝电容超级电容器中使用的电极材料，因此，它们可以作为载体生长过渡金属氧化物或过渡金属氢氧化物，提高赝电容活性材料的利用率以及电极材料的电导率。
对于大多数泡沫金属或金属丝材的应用，都期望其具有大的比表面积，为涂覆的催化或电活性材料提供大的工作表面积，从而可以最大限度地利用材料并提高设备性能。但目前商业泡沫金属和商用金属丝材由烧结/退火处理的制造过程导致具有光滑的韧带壁，比表面积均非常小(通常为0.003-0.1m2·g-1)，限制了其作为赝电容超级电容器载体的工作表面积。
为了解决此局限性，可通过对泡沫金属和金属丝材的轻量和表面微结构化，获得大的比表面积来综合提高它们的性能，目前更多的是采用磁控溅射、物理气相沉积以及电镀等技术方法对泡沫金属或金属丝材的表面进行粗糙化。
磁控溅射法是通过高电压激发金属原子使金属离子沉积于基材之上形成表面沉积层；物理气相沉积与磁控溅射法原理较为相近；普通电镀法是通过溶液中金属离子的还原沉积于基材表面形成厚度可控的金属镀层。这三种方法通常由于溶液温度低或基材温度低，低温下热扩散系数低导致无法在基材表面形成厚度较大的表面合金化层，在脱合金处理后也很难获得大比表面积的泡沫金属和金属丝材。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种金属基体表面粗糙化的处理方法，通过在金属基体表面挂锡，使金属材料与熔融态锡液通过互扩散在金属基体表面形成金属间化合物层，再结合脱合金技术，使金属基体的表面形成粗糙层，从而提高金属基体的比表面积和粗糙度。
根据本发明目的的第一方面，提供一种金属基体表面粗糙化的处理方法，包括以下步骤：
对金属基体和金属锡进行前处理，去除金属基体表面和金属锡表面的油和氧化皮，得到处理后的金属基体和金属锡；
将处理后的金属锡加热直至得到熔融态的锡液；
将锡液的温度保持在第一温度区间，并将处理后的金属基体完全浸入锡液中，使金属基体与熔融态锡液通过互扩散在金属基体表面形成合金化层，得到中间体；
将中间体置于腐蚀液中进行脱合金处理，直至在中间体的表面形成粗糙层，得到表面粗糙化的金属基体；
其中，在同种腐蚀溶液的条件下，金属基体的电化学活性低于金属锡的电化学活性。
作为可选的实施方式，所述金属基体为以条状、丝状、板状、泡沫、网状中任意一种形式的基体结构。
作为可选的实施方式，所述金属基体为泡沫状金属基体，所述泡沫状金属基体的孔径在5～500ppi之间，孔隙率在50～98％之间。其中，所述泡沫状金属基体包括泡沫铜、泡沫镍、泡沫铁或泡沫银中的一种。
作为可选的实施方式，所述金属基体为丝状金属基体，所述丝状金属基体的纯度＞99.98％，直径为0.1～3mm。其中，所述丝状金属基体包括镍丝、银丝、金丝或铜丝中的一种。
作为可选的实施方式，合金化层的厚度为0.2～0.5D，其中，D为泡沫状金属基体的韧带的半径或丝状金属基体的丝材半径。
作为可选的实施方式，所述第一温度区间为300～500℃，中间体完全浸入锡液中的时间为1～2h。
作为可选的实施方式，采用化学脱合金法进行脱合金处理。
作为可选的实施方式，脱合金条件如下：在20℃～30℃的温度下，以0.1mol/L～5mol/L的HCl溶液为腐蚀液，脱合金1～10h。
根据本发明目的的第二方面，提供一种采用前述方法制备的泡沫金属或金属丝材。
根据本发明目的的第三方面，提供一种前述泡沫金属或金属丝材在制备电极材料中的应用。
作为可选的实施方式，采用所述泡沫金属或金属丝材作为电极材料的载体。
根据本发明目的的第五方面，提供一种前述金属丝材在制备电极材料中的应用，采用所述金属丝材作为电极材料的载体。
由以上本发明的技术方案，提供的金属基体表面粗糙化的处理方法，通过将金属基体浸入高温下的熔融态锡液中进行镀锡，在高温和长时间的条件下发生扩散，打破晶界后，两者原子发生重组，产生新的金属间化合物，且随着扩散时间或者扩散温度的提高，产生的金属间化合物越多，从而形成能满足需求厚度的合金化层。同时，在一定厚度的合金化层条件下，脱合金后产生的孔径更深，孔体积更大，因此金属基材表面的比表面积就更大，且形成的表面柱状物更小，密度更大，金属基材的表面粗糙度也更大。如此，所制备获得的金属材料，例如泡沫金属、金属丝材，在应用至电极材料时，提高了表面的电化学反应活性面积，反应节点增加，提高了其作为电极材料的反应性能，使其具有良好的导电性和导热性。
本发明的方法，工艺过程易于控制及操作，且成本低廉，有利于工业化生产，同时本发明中的设计方法和制造策略通常适用于其他金属结构，如金属箔或金属网，以提高其在许多应用中的性能，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的金属基体表面粗糙化的处理方法的工艺流程图。
图2是本发明的金属基体表面粗糙化的处理方法所得金属基体的过程变化图。
图3a是本发明实施例1中的原始泡沫铜宏观表面形貌SEM图。
图3b是本发明实施例1中的脱合金后的泡沫铜宏观表面形貌SEM图。
图3c和3d是本发明实施例1中的泡沫铜表面粗化后的微观表面SEM图。
图4a是本发明实施例5中的原始镍丝宏观表面形貌光镜图。
图4b是本发明实施例5中的挂锡后的镍丝宏观表面形貌光镜图。
图4c和4d是本发明实施例5中挂锡后的镍丝的断面SEM图。
图4e和4f是本发明实施例5中的镍丝表面粗化后的微观表面SEM图。
图4g和4h是本发明实施例5中脱合金后的镍丝的断面SEM图。
图5是本发明实施例1和实施例5所得材料的比表面积变化对比图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施。
结合图1和图2所示，本发明旨在提供一种对金属材料进行表面粗糙化处理的设计方法和制造策略，结合挂锡+腐蚀脱合金技术，首先将金属基体1浸入熔融态锡液(金属锡2熔融)中，通过控制挂锡温度以及挂锡时间在金属基材的表面形成具有一定厚度的合金化层3，此厚度的合金化层的基础上，再进行腐蚀脱合金份将锡原子溶解，使金属基体表面形成多孔状的纳米金属柱状物，使得金属基体表面形成具有大比表面积的粗糙层4。
本发明的一个实施方式的金属基体表面粗糙化的处理方法，包括以下步骤：
对市售的金属基体和金属锡进行前处理，去除金属基体表面和金属锡表面的油和氧化皮，得到处理后的金属基体和金属锡；
将处理后的金属锡加热直至得到熔融态的锡液；
将锡液的温度保持在第一温度区间，并将处理后的金属基体完全浸入锡液中，使金属基体与熔融态锡液通过互扩散在金属基体表面形成合金化层，得到中间体；
最后，将中间体置于腐蚀液中进行脱合金处理直至在中间体的表面形成粗糙层，得到表面粗糙化的金属基体。
其中，在同种腐蚀溶液的条件下，金属基体的电化学活性低于金属锡的电化学活性。
其中，金属基体可以选择泡沫金属、金属丝材、金属箔或金属网中的一种。尤其是针对作为超级电容器的电极材料来说，本发明提出的方法优选对泡沫金属、金属丝材进行处理，使其得以在制备超级电容器的电极载体时，能够提供更多的表面的电化学反应活性面积，增加反应节点，提高了其作为电极材料的反应性能，具有良好的导电性和导热性。
应当理解为，金属基体与锡液之间形成合金化层，只要满足在同种腐蚀溶液的条件下，采用的金属基体的电极电压高于金属锡，之后通过查阅二元相图，进行时间和温度的选择，通过控制时间和温度使锡液与金属之间发生扩散，即可形成目标金属间化合物组成的合金化层，生成的目标金属间化合物是由金属基体和金属锡之间的原子重组而成，如此，才可以在脱合金时形成比表面积大的粗糙表面。
而采用锡金属溶液进行挂锡，是因为锡液表面张力大，气化温度低，所以它是与泡沫金属或金属丝材产生合金化层最合适的金属溶液。
在优选的实施方式中，所述泡沫金属包括泡沫铜、泡沫镍、泡沫铁或泡沫银；所述泡沫金属的孔径在5～500ppi之间，孔隙率在50～98％之间。
在优选的实施方式中，所述金属丝材包括镍丝、银丝、金丝或铜丝；所述金属丝材的纯度＞99.98％，直径为0.4～2mm。
泡沫铜、泡沫镍、泡沫铁或泡沫银与锡液之间的合金化层分别由形成的Cu6Sn5、Ni3Sn4、FeSn2和AgSn金属间化合物组成。
镍丝、银丝、金丝或铜丝与锡液之间的合金化层分别由形成的Ni3Sn4、AgSn、AuSn2和Cu6Sn5金属间化合物组成。
如此，可类推其他满足条件的金属基体与锡液之间形成的合金化层。
在优选的实施方式中，合金化层的厚度为0.2～0.5D，其中，D为泡沫金属韧带的半径或金属丝材的半径。
泡沫金属具有三维多孔结构，孔与孔之间的连接部分即称为韧带。
在优选的实施方式中，所述第一温度区间为300～500℃，中间体完全浸入锡液中的时间为1～2h。
应当理解为，挂锡的温度和时间，即为上述第一温度区间和中间体完全浸入锡液中的时间，可根据实际需要改变挂锡的温度和时间以控制合金化层的厚度，以满足对粗糙度和比表面积的不同需求。
在优选的实施方式中，采用化学脱合金法进行脱合金处理。
作为可选的实施方式，脱合金条件如下：在20℃～30℃的温度下，以0.1mol/L～5mol/L的HCl溶液为腐蚀液，脱合金1～10h。
在本发明的实施例中，尤其选择在2～6h的脱合金处理，获得期望的表面结构。
应当理解为，在一些实施例中，可以根据实际需要来调整脱合金的环境温度和脱合金的处理时间，以此来优化表面粗糙的结构特征。
根据前述，通过控制挂锡温度、挂锡时间、脱合金溶液温度、脱合金的环境温度和脱合金的时间来优化表面粗糙的结构特征，所得的多孔状的纳米金属柱状物粗糙层可具有较大的比表面积，可达5-30m2/g。
在另一个优选的实施方式中，可采用电化学脱合金法进行脱合金处理，处理过程如下：
先确定纯金属的腐蚀电位，再确定金属间化合物的脱合金电位，在恒定电位下进行更加彻底脱合金反应。
如果其中有其它的金属间化合物，可寻找新的腐蚀电位，再进行脱合金。
在本发明的另一个实施方式中，提供一种采用前述方法制备的泡沫金属。
在本发明的另一个实施方式中，提供一种采用前述方法制备的金属丝材。
在本发明的另一个实施方式中，提供一种前述泡沫金属在制备电极材料中的应用，采用所述泡沫金属作为电极材料的载体。
在本发明的另一个实施方式中，提供一种前述金属丝材在制备电极材料中的应用，采用所述金属丝材作为电极材料的载体。
在本发明的另一个实施方式中，前述方法制备的泡沫金属或金属丝材还可以直接作为催化材料。
本发明中的设计方法和制造策略也可适用于其他金属结构，如金属箔或金属网，以提高其在许多应用中的性能。
为了便于更好的理解，下面结合具体实例对本发明进行进一步说明，但处理方法不限于此，且本发明内容不限于此。
如无特别说明，以下实施例中的原料均通过商业途径购买。
实施例1
[泡沫铜]
(1)剪裁出形状为长条形的泡沫铜(孔径130ppi，孔隙率90％-95％)，在25℃的室温下，对泡沫铜和纯锡颗粒进行前处理：
将泡沫铜和纯锡颗粒分别浸泡于丙酮溶液中，超声清洗5min，用于去泡沫铜和纯锡颗粒表面的油污；之后将上述泡沫铜和纯锡颗粒分别浸泡于质量浓度为0.5％的盐酸酒精溶液中，超声清洗5min，用于去除表面氧化物；之后将上述泡沫铜和纯锡颗粒分别浸泡于质量浓度为0.5％的硝酸酒精溶液中，超声清洗5min，用于去除表面难溶氯化物；最后将上述泡沫铜和纯锡颗粒分别浸泡于酒精溶液中，超声清洗5min后风干备用，得到处理后的泡沫铜和纯锡颗粒。
(2)将步骤(1)中的纯锡颗粒放入温控锡炉中，通过加热使纯锡颗粒全部融化，热温度为300℃，高于锡的熔点(232℃)，得到熔融态的锡液。
(3)将步骤(2)中的温控锡炉的温度调至300℃，把步骤(1)处理好的泡沫铜浸入步骤(2)中的熔融态锡液中，保持1h，得到挂Sn后的泡沫铜样品。
(4)将步骤(3)中300℃下挂Sn后的泡沫铜放入腐蚀液中进行脱合金处理，在室温25℃下，腐蚀液是浓度为0.1mol/L的HCl溶液，脱合金时间为6h。
实施例2
[泡沫镍]
(1)剪裁出形状为长条形的泡沫镍(孔径130ppi，孔隙率90％-95％)，在25℃的室温下，对泡沫镍和纯锡颗粒进行前处理：
将泡沫镍和纯锡颗粒分别浸泡于丙酮溶液中，超声清洗5min，用于去泡沫镍和纯锡颗粒表面的油污；之后将上述泡沫镍和纯锡颗粒分别浸泡于质量浓度为0.5％的盐酸酒精溶液中，超声清洗5min，用于去除表面氧化物；之后将上述泡沫镍和纯锡颗粒分别浸泡于质量浓度为0.5％的硝酸酒精溶液中，超声清洗5min，用于去除表面难溶氯化物；最后将上述泡沫镍和纯锡颗粒分别浸泡于酒精溶液中，超声清洗5min后风干备用，得到处理后的泡沫镍和纯锡颗粒。
(2)将步骤(1)中的纯锡颗粒放入温控锡炉中，通过加热使纯锡颗粒全部融化，加热温度为300℃，高于锡的熔点(232℃)，得到熔融态的锡液。
(3)将步骤(2)中的温控锡炉的温度调至300℃，把步骤(1)处理好的泡沫镍浸入步骤(2)中的熔融态锡液中，保持1h，得到挂Sn后的泡沫镍样品。
(4)将步骤(3)中300℃下挂Sn后的泡沫镍放入腐蚀液中进行脱合金处理，在室温25℃下，腐蚀液是浓度为1mol/L的HCl溶液，脱合金时间为6h。
实施例3
[泡沫铁]
(1)剪裁出形状为长条形的泡沫铁(孔径130ppi，孔隙率90％-95％)，在25℃的室温下，对泡沫铁和纯锡颗粒进行前处理：
将泡沫铁和纯锡颗粒分别浸泡于丙酮溶液中，超声清洗5min，用于去泡沫铁和纯锡颗粒表面的油污；之后将上述泡沫铁和纯锡颗粒分别浸泡于质量浓度为0.5％的盐酸酒精溶液中，超声清洗5min，用于去除表面氧化物；之后将上述泡沫铁和纯锡颗粒分别浸泡于质量浓度为0.5％的硝酸酒精溶液中，超声清洗5min，用于去除表面难溶氯化物；最后将上述泡沫铁和纯锡颗粒分别浸泡于酒精溶液中，超声清洗5min后风干备用，得到处理后的泡沫铁和纯锡颗粒。
(2)将步骤(1)中的纯锡颗粒放入温控锡炉中，通过加热使纯锡颗粒全部融化，加热温度为300℃，高于锡的熔点(232℃)，得到熔融态的锡液。
(3)将步骤(2)中的温控锡炉的温度调至500℃，把步骤(1)处理好的泡沫铁浸入步骤(2)中的熔融态锡液中，保持1h，得到挂Sn后的泡沫铁样品。
(4)将步骤(3)中500℃下挂Sn后的泡沫铁放入腐蚀液中进行脱合金处理，在室温25℃下，腐蚀液是浓度为3mol/L的HCl溶液，脱合金时间为2h。
实施例4
[泡沫银]
(1)剪裁出形状为长条形的泡沫银(孔径130ppi，孔隙率90％-95％)，在25℃的室温下，对泡沫银和纯锡颗粒进行前处理：
将泡沫银和纯锡颗粒分别浸泡于丙酮溶液中，超声清洗5min，用于去泡沫银和纯锡颗粒表面的油污；之后将上述泡沫银和纯锡颗粒分别浸泡于质量浓度为0.5％的盐酸酒精溶液中，超声清洗5min，用于去除表面氧化物；之后将上述泡沫银和纯锡颗粒分别浸泡于质量浓度为0.5％的硝酸酒精溶液中，超声清洗5min，用于去除表面难溶氯化物；最后将上述泡沫银和纯锡颗粒分别浸泡于酒精溶液中，超声清洗5min后风干备用，得到处理后的泡沫银和纯锡颗粒。
(2)将步骤(1)中的纯锡颗粒放入温控锡炉中，通过加热使纯锡颗粒全部融化，加热温度为300℃，高于锡的熔点(232℃)，得到熔融态的锡液。
(3)将步骤(2)中的温控锡炉的温度调至800℃，把步骤(1)处理好的泡沫银浸入步骤(2)中的熔融态锡液中，保持2h，得到挂Sn后的泡沫银样品。
(4)将步骤(3)中800℃下挂Sn后的泡沫银放入腐蚀液中进行脱合金处理，在室温25℃下，腐蚀液是浓度为5mol/L的HCl溶液，脱合金时间为6h。
实施例5
[镍丝]
(1)剪裁出长条状的镍丝(纯度＞99.98％，直径为0.25mm)，在25℃的室温下，对镍丝和纯锡颗粒进行前处理：
将镍丝和纯锡颗粒分别浸泡于丙酮溶液中，超声清洗5min，用于去镍丝和纯锡颗粒表面的油污；之后将上述镍丝和纯锡颗粒分别浸泡于质量浓度为0.5％的盐酸酒精溶液中，超声清洗5min，用于去除表面氧化物；之后将上述镍丝和纯锡颗粒分别浸泡于质量浓度为0.5％的硝酸酒精溶液中，超声清洗5min，用于去除表面难溶氯化物；最后将上述镍丝和纯锡颗粒分别浸泡于酒精溶液中，超声清洗5min后风干备用，得到处理后的镍丝和纯锡颗粒。
(2)将步骤(1)中的纯锡颗粒放入温控锡炉中，通过加热使纯锡颗粒全部融化，加热温度为300℃，高于锡的熔点(232℃)，得到熔融态的锡液。
(3)将步骤(2)中的温控锡炉的温度调至300℃，把步骤(1)处理好的镍丝浸入步骤(2)中的熔融态锡液中，保持1h，得到挂锡后的镍丝样品，在镍丝上形成了均匀的合金化层。
(4)将步骤(3)中300℃下挂Sn后的镍丝放入腐蚀液中进行脱合金处理，在室温25℃下，腐蚀液是浓度为0.1mol/L的HCl溶液，脱合金时间为6h。
实施例6
[银丝]
(1)剪裁出长条状的银丝(纯度＞99.98％，直径为0.25mm)，在25℃的室温下，对银丝和纯锡颗粒进行前处理：
将银丝和纯锡颗粒分别浸泡于丙酮溶液中，超声清洗5min，用于去银丝和纯锡颗粒表面的油污；之后将上述银丝和纯锡颗粒分别浸泡于质量浓度为0.5％的盐酸酒精溶液中，超声清洗5min，用于去除表面氧化物；之后将上述银丝和纯锡颗粒分别浸泡于质量浓度为0.5％的硝酸酒精溶液中，超声清洗5min，用于去除表面难溶氯化物；最后将上述银丝和纯锡颗粒分别浸泡于酒精溶液中，超声清洗5min后风干备用，得到处理后的银丝和纯锡颗粒。
(2)将步骤(1)中的纯锡颗粒放入温控锡炉中，通过加热使纯锡颗粒全部融化，加热温度为300℃，高于锡的熔点(232℃)，得到熔融态的锡液。
(3)将步骤(2)中的温控锡炉的温度调至800℃，把步骤(1)处理好的银丝浸入步骤(2)中的熔融态锡液中，保持2h，得到挂锡后的银丝样品，在银丝上形成了均匀的合金化层。
(4)将步骤(3)中800℃下挂Sn后的银丝放入腐蚀液中进行脱合金处理，在室温25℃下，腐蚀液是浓度为3mol/L的HCl溶液，脱合金时间为6h。
实施例7
[金丝]
(1)剪裁出长条状的金丝(纯度＞99.98％，直径为0.25mm)，在25℃的室温下，对金丝和纯锡颗粒进行前处理：
将金丝和纯锡颗粒分别浸泡于丙酮溶液中，超声清洗5min，用于去金丝和纯锡颗粒表面的油污；之后将上述金丝和纯锡颗粒分别浸泡于质量浓度为0.5％的盐酸酒精溶液中，超声清洗5min，用于去除表面氧化物；之后将上述金丝和纯锡颗粒分别浸泡于质量浓度为0.5％的硝酸酒精溶液中，超声清洗5min，用于去除表面难溶氯化物；最后将上述金丝和纯锡颗粒分别浸泡于酒精溶液中，超声清洗5min后风干备用，得到处理后的金丝和纯锡颗粒。
(2)将步骤(1)中的纯锡颗粒放入温控锡炉中，通过加热使纯锡颗粒全部融化，加热温度为300℃，高于锡的熔点(232℃)，得到熔融态的锡液。
(3)将步骤(2)中的温控锡炉的温度调至500℃，把步骤(1)处理好的金丝浸入步骤(2)中的熔融态锡液中，保持1h，得到挂锡后的金丝样品，在金丝上形成了均匀的合金化层。
(4)将步骤(3)中500℃下挂Sn后的金丝放入腐蚀液中进行脱合金处理，在室温25℃下，腐蚀液是浓度为5mol/L的HCl溶液，脱合金时间为8h。
SEM
[对实施例1中的相关材料进行SEM测试]
结果如图3所示：
图3a可以看出，原始泡沫铜的韧带光滑，挂锡后的泡沫铜(图3b)与原始泡沫铜相比，结构保持了完整性，且泡沫铜表面形成了合金化层，即表面金属间化合物层Cu6Sn5。
脱合金后，泡沫铜的表面形成了粗糙层(图3c、3d)，与图3a相比，可以发现，原来光滑的韧带表面形成了一个个扇贝状的组织，这是金属间化合物层Cu6Sn5脱合金后的形貌，即多孔状的纳米金属柱状物，表面多孔状的纳米金属柱状物的堆积可使韧带的比表面积得到提高。
[对实施例5中的相关材料进行SEM测试]
结果如图4所示：
图4a为原始的镍丝表面，挂锡后的镍丝(图4b)表面形成了均匀的金属间化合物Ni3Sn4层以及纯锡层，结合图4c和4d可以清楚的从侧面看出，通过在熔融态锡液中挂锡所形成了一定厚度的扩散层(约50μm)。
脱合金后，如图4e、4f、4g和4h所示，镍丝的表面形成了多孔状的纳米金属柱状物结构，大大增加了原始镍丝的比表面积以及粗糙度。
比表面积
测试实施例1脱合金前后的泡沫铜，以及实施例5脱合金前后的镍丝的比表面积，结果如图5所示。
结合图5，BET比表面积测定结果表明，粗化处理后的泡沫铜的比表面积由1.28m2/g变为8.81m2/g，说明粗化处理后比表面积增加，并且粗糙度也随之提高。
初始镍丝的理论比表面积为1.1×10-4m2/g，说明原始镍丝的表面非常光滑，在粗化处理后，它的比表面积达到7.56m2/g，比表面积提高明显。
比表面积的增大，粗糙度也随之增大，从而在应用至电极材料时，提高了表面的电化学反应活性面积，反应节点增加，提高了其作为电极材料的反应性能，如良好的导电性和导热性。
应当理解，尽管在上述实施例中，以金属丝材以及金属泡沫材料为基体进行示例性的实施本发明的方法，通过金属基体与锡液的互扩散以及后续的脱合金处理，在金属基体表面获得期望的粗糙化表面结构，提供更多的活性反应位点，从而提高其在制备超级电容器电极时的性能。
在本发明的上述实施例的基础上，本发明提出的上述金属基体表面粗糙化的处理方法，仍可适用于其他材料为基础的金属基体和/或金属合金基体，不论其是以条状、丝状、板状、泡沫、网状的形式，均可通过本发明提出的上述方式和过程进行处理，在基体表面获得期望的粗糙化表面结构，利于后期的应用，包括但不限于前述所提出的在超级电容器的电极上的应用。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (14)
1.一种金属基体表面粗糙化的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
对金属基体和金属锡进行前处理，去除金属基体表面和金属锡表面的油和氧化皮，得到处理后的金属基体和金属锡；
将处理后的金属锡加热直至得到熔融态的锡液；
将锡液的温度保持在第一温度区间，并将处理后的金属基体完全浸入锡液中，使金属基体与熔融态锡液通过互扩散在金属基体表面形成合金化层，得到中间体；
将中间体置于腐蚀液中进行脱合金处理，直至在中间体的表面形成粗糙层，得到表面粗糙化的金属基体；
其中，在同种腐蚀溶液的条件下，金属基体的电化学活性低于金属锡的电化学活性。
2.根据权利要求1所述的金属基体表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述金属基体为以条状、丝状、板状、泡沫、网状中任意一种形式的基体结构。
3.根据权利要求1所述的金属基体表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述金属基体为泡沫状金属基体，所述泡沫状金属基体的孔径在5～500ppi之间，孔隙率在50～98％之间。
4.根据权利要求3所述的金属基体表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述泡沫状金属基体包括泡沫铜、泡沫镍、泡沫铁或泡沫银中的一种。
5.根据权利要求3所述的金属表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述合金化层的厚度控制在0.2～0.5D范围内，其中，D表示泡沫状金属基体的韧带的半径。
6.根据权利要求1所述的金属表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述金属基体为丝状金属基体，所述丝状金属基体的纯度＞99.98％，直径为0.1～3mm。
7.根据权利要求6所述的金属表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述丝状金属基体包括镍丝、银丝、金丝或铜丝中的一种。
8.根据权利要求6所述的金属表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述合金化层的厚度控制在0.2～0.5D范围内，其中，D表示丝状金属基体的半径。
9.根据权利要求1所述的金属表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述第一温度区间为300～500℃，所述中间体完全浸入在锡液中进行互扩散的处理时间为1～2h。
10.根据权利要求1所述的金属表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述脱合金处理为化学脱合金处理。
11.根据权利要求10所述的金属表面粗糙化的处理方法，其特征在于，所述化学脱合金处理的处理过程包括：
在20℃～30℃的温度下，以0.1mol/L～5mol/L的HCl溶液为腐蚀液，脱合金处理1～10h。
12.一种采用权利要求1-11中任意一项所述方法制备获得的表面粗糙化的泡沫金属或金属丝材。
13.一种权利要求12所述的泡沫金属或金属丝材在制备电极材料中的应用。
14.根据权利要求13所述的应用，其特征在于，采用所述泡沫金属或金属丝材作为电极材料的载体。
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