FI121532B - Huokoinen metallikomposiittikappale - Google Patents

Huokoinen metallikomposiittikappale Download PDF

Info

Publication number
FI121532B
FI121532B FI963749A FI963749A FI121532B FI 121532 B FI121532 B FI 121532B FI 963749 A FI963749 A FI 963749A FI 963749 A FI963749 A FI 963749A FI 121532 B FI121532 B FI 121532B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
plasma
substrate
metal
composite body
porous
Prior art date
Application number
FI963749A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI963749L (fi
FI963749A0 (fi
Inventor
Thomas Ronald Thomas
Jas Pal Singh Badyal
Original Assignee
Btg Int Ltd
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 Btg Int Ltd filed Critical Btg Int Ltd
Publication of FI963749L publication Critical patent/FI963749L/fi
Publication of FI963749A0 publication Critical patent/FI963749A0/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI121532B publication Critical patent/FI121532B/fi

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/12—Oxidising
    • B01J37/14—Oxidising with gases containing free oxygen
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/16—Reducing
    • B01J37/18—Reducing with gases containing free hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
    • B01J37/349—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of flames, plasmas or lasers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1143—Making porous workpieces or articles involving an oxidation, reduction or reaction step
    • 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
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/081—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/20—Metallic material, boron or silicon on organic substrates
    • C23C14/205—Metallic material, boron or silicon on organic substrates by cathodic sputtering
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5826—Treatment with charged particles
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5846—Reactive treatment
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5846—Reactive treatment
    • C23C14/5853—Oxidation
    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5873—Removal of material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8807—Gas diffusion layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/886—Powder spraying, e.g. wet or dry powder spraying, plasma spraying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8867—Vapour deposition
    • H01M4/8871—Sputtering
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/30—Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

Huokoinen metallikomposiittikappale Poröst metallkompositstycke
Esillä olevan keksinnön kohteena on substraattiin kiinnitettyä huokoista metallia käsittävän komposiittikappaleen valmistus.
Tällaisia komposiittikappaleita voidaan käyttää sähkökemiassa kuten kaasujen ilmaisimissa ja polttoainekennoissa sekä yleisesti kemiallisten reaktioiden katalyysissä ja yleensä katalyyttisesta toimivina pintoina tilanteissa, joissa tarvitaan suuria pinta-aloja. Niinpä substraatilla on edullisesti suuri pinta-ala ja se on esimerkiksi huokoista (edullisesti mikrohuo-koista) ja se on edullisesti inerttiä materiaalia kuten polymeerimateriaalia, esimerkiksi fluoripolymeeria. Mikrohuokoiset fluoripolymeerit tunnetaan hyvin kemiallisesti, termisesti ja biologisesti pysyvinä materiaaleina, joita käytetään erilaisissa tilanteissa faasien erottamiseksi, ja ne on tehty edullisesti keksinnön tavoitteita ajatellen mikrohuokoisiksi PTFE-(polytetrafluorietenistä) kalvotuotteiksi eurooppalaisessa patenttijulkaisussa 247771 kuvatulla tavalla, joita kalvotuot-teita voidaan käyttää monissa erilaisissa sovellutuksissa, • · *·* ' mukaan lukien ruiskupinnoittamalla, elektrolyyttisesti tai linkopinnoittamalla tuotetut metalloidut esimerkit. (Linkopin- • · • *· noituksessa PTFE-kalvosubstraattia tyypillisesti pommitetaan • · · \ \ kolloidaalisilla katalyyttihiukkasilla käyttämällä kolloidiin V . upotetun pyörivän roottorin avulla aiheutettua hydrodynaamista •*j* vaikutusta/keskipakovaikutusta.)
Vaikka tämän keksinnön mukaan monet huokoiset, ryhmään VIII kuuluvaa metallia käsittävät komposiittikappaleet ovat mahdollisia, niin kuitenkin tietyt materiaalit, esimerkiksi platina- « · **’ ryhmän metallit kuten platina, palladium ja nikkeli ovat polt-• « *·’ . toainekennojen, kaasuilmaisimien ja ilmaparistojen alalla työsti kentelevien henkilöiden erityisen mielenkiinnon kohteina.
• · · • · · • · • · · • · · t · • ·· 2 Sähkökemian alalla on tunnettua, että katalyytin ja PTFE:n välisiä toisiinsa kytkeytyviä rakenteita voidaan valmistaa yksinkertaisesti sekoittamalla näiden materiaalien dispersioita toisiinsa (esim. patenttijulkaisu GB 1556452), mutta kalliin katalyytin ja halvemman PTFE:n välinen painosuhde on hyvin suuri, esimerkiksi 10:3.
Tämän keksinnön tavoitteena on suurentaa metallipinnan alaa tietyssä komposiittikappaleessa, esimerkiksi tämän komposiit-tikappaleen tilavuusyksikköä tai katalyyttimetallin massayksik-köä kohden saavutetun katalyyttisen aktiivisuuden parantamiseksi.
US-patenttijulkaisussa 3715238 on kuvattu polttoainekennokata-lyytin (esim. Ru + Pt + vahan PTFE:tä) depolarisaatio käsittelemällä sitä jännitepyyhkäisyllä valitussa elektrolyytissä nopeudella 1 jakso 0,5-20 minuutissa, jolloin vähitellen kata-lyyttimetalli pinnoittuu uusille pinnoille siten, että kata-lyyttimetallipinnan ala kasvaa vähitellen. Tämä on liian hidas tapahtuma tuotantomenetelmäksi, puhumattakaan siitä, että eräissä katalyyttisissa sovellutuksissa on käytettävä huuhtomista ja kuivaamista tai muunlaisia toimenpiteitä kaikkien elektrolyyttijäämien poistamiseksi. Nytkin kalliin materiaalin ja halvemman PTFEm välinen suhde on hyvin suuri, lähes 104:1.
US-patenttijulkaisussa 4540476 on esitetty nikkelielektrodin valmistus huokoisesta nikkelilevystä kohdistamalla siihen vaihtojännitettä siten, että nikkeli liukenee jakson hapettavassa osassa ja jakson pelkistävässä osassa hapettunut nikkeli saostuu hydroksidina. Tämä toteutetaan metalliverkkokantajan päälle sintratulla nikkelillä, jolloin taloudellisuus, huokoisuus ja suuri pinta-ala tilavuusyksikköä kohden, jotka olisi saavutettu sitomalla komposiitiksi PTFEm kanssa, jäävät saavuttamatta, ja tähän menetelmään liittyvät myös edellä mainitut märän elektrolyyttiprosessin haitat.
3 Näin ollen esillä olevan keksinnön mukaisesti huokoinen, ryhmään VIII kuuluvaa metallia käsittävä komposiittikappale tehdään metalloimalla huokoinen (esimerkiksi keraaminen tai polymeerinen) substraatti, edullisesti kaasufaasissa, (metallin ja substraatin välisen suhteen ollessa edullisesti pienempi kuin 1:1/ edullisesti pienempi kuin 100:1, valinnaisesti <104:1), tämä metallointi hapetetaan ja valinnaisesti tämä metallointi pelkistetään osittain tai kokonaan, tämän menetelmän ollessa tunnettu siitä, että hapetus toteutetaan kaasufaasissa hapettavan plasman avulla ja pelkistys toteutetaan kaasufaasissa pelkistävän (esimerkiksi ammoniakki, hydratsiini tai vety) plasman avulla. Hapettava plasma voi olla happi tai muu anioni (yksi tai moniatominen kuten bromi), joka muodostaa haihtuvan tuotteen vedyn kanssa. Kummassakin tapauksessa kyseinen kaasu voi olla läsnä 6,7 -133,3 Pa (0,05-1 Torr:in) paineessa. Plasmakäsittely voidaan toteuttaa 1-30 (edullisesti 2-5) Wattia/dm2 substraattia olevalla teholla, ja sen kesto voi olla 1-20 minuuttia, esimerkiksi 3-10 minuuttia.
Niinpä substraatti on edullisesti inerttiä materiaalia kuten keraamista tai polymeerimateriaalia kuten fluoripolymeeria kuten PTFE:tä tai muuta sellaista materiaalia, joka kestää vähintään yhtä hyvin siihen kohdistettua plasmaa, ja se voi olla mikrohuokoista, huokosten koon ollessa esimerkiksi korkeintaan noin 10 mikronia.
Ryhmään VIII kuuluva metalli (johon luetaan mukaan lejeerin-git) voi olla platinaryhmän metalli, esimerkiksi platina, palladium tai nikkeli, tai se voi olla esimerkiksi rutenium tai rodium tai hopea.
Esillä oleva keksintö kohdistuu tällä tavalla valmistettuun komposiittikappaleeseen sekä sen käyttöön katalyyttina, esimerkiksi kaasuilmaisimessa, polttoainekennossa tai elektrodissa. Tämän keksinnön avulla voidaan valmistaa (tähän saakka tuntematon) huokoinen metallikomposiittikappale, johon kuuluva huokoinen substraatti käsittää vähemmän kuin 1 paino-% metal- 4 lia, metallin pinta-alan ollessa vähintään 10-kertainen substraatin pinta-alaan nähden. Metallin paksuus voi olla alle 1 mikronia, esimerkiksi 0,05 - 0,1 mikronia tai vähemmän, jolloin päästään suurimpaan katalyyttiseen aktiivisuuteen mahdollisimman pienin materiaalikustannuksin.
"Märkä"menetelmien kuten elektrolyysin ne edellä kuvatut piirteet, jotka ovat epätarkoituksenmukaisia ja joita ei voida toistaa, voidaan välttää toteuttamalla metallisointi, hapetus ja pelkistys kaasufaasissa. Kaasufaasitekniikat ovat yleensä puhtaampia ja nopeampia ja niissä, tuotteen parametreja voidaan hallita paremmin.
Metallointi kaasufaasissa voidaan toteuttaa samalla tavalla kuin valmistettaessa näytteitä elektronimikroskopiaa varten, jossa elektronimikroskopiassa metallikerros johtaa näytteeseen analyysin aikana törmäävät elektronit pois, tällä tavalla johtamattomien näytteiden elinikää pidentäen. Lisaksi tämän tekniikan avulla voidaan valmistaa tiettyjä koristeellisia ja suojaavia pinnoitteita erityisesti kalliista materiaaleista kustannuksia ajatellen tehokkaalla tavalla.
Metallin puhtaus ja paksuus (joka on tärkein seikka kustannuksia ajatellen) ja nain ollen tuloksena olevan tuotteen, esimerkiksi elektrodin sisältämä metallimäärä ovat hyvin hallittavissa.
Tämän menetelmän, jolla voidaan valmistaa keksinnön mukainen komposiittikappale, seuraavassa vaiheessa käytetään kylmää, plasmaa, tämän nimityksen johtuessa siitä, että käsittelylämpötila substraatilla on noin 300K, ja se voidaan pitää pienempänä kuin 325K. Olettaen, että komposiitti on mikrohuokoisen PTFE:n pinnalla olevaa platinaa, tämä komposiitti voidaan sulkea kammioon, johon on imetty tyhjö, ja siihen voidaan kohdistaa happiplasmaa. Hallittu määrä platinaa voidaan hapettaa riippuen siitä, millainen sähkönjohtavuus komposiitissa lopulta tarvitaan. Hapetus voidaan pysäyttää sopivassa vaiheessa ja 5 hapetettua komposiittia voidaan käsitellä vetyplasmalla. Näissä pelkistävissä. olosuhteissa oksidi muuttuu takaisin metalliksi ja metallointikerrokseen syntyy huokoisuutta välitilojen muodostuessa niihin pisteisiin, joissa oli tätä ennen oksidin happea, joka oksidihappi poistuu vesimolekyyleina tyhjön avulla.
Tätä menetelmää voidaan soveltaa selvästikin myös muihin geometrisiin muotoihin sekä muihin metalleihin ja substraatteihin. Yleisesti, sekä kustannuksia että energian käyttöä ajatellen tämän katalyyttisen kokonaisuuden käyttö on tehokkainta, kun pinta-ala on mahdollisimman suuri. Katalyytin sijoittumista ja määrää voidaan hallita hyvin tarkoin lopullisten prosessivaatimusten mukaan, esimerkkeinä elektrodit kaasuilmaisimia varten, kromatografinen erotus käsiteltyjen hiukkasten avulla tai tasoerotukset kalvojen tai putkien avulla.
Keksintöä kuvataan seuraavassa esimerkkien avulla.
Esimerkki 1
Faradayn häkkiin suljettu sylinterimäinen lasinen hohtopurkaus-reaktori, halkaisija 4,5 cm ja tilavuus 0,5 litraa, varustetaan kaasun sisäänmenolla, Pirani-painemittarilla ja nestemäisestä typestä muodostettuun kylmäloukkuun sijoitetulla kierto-pumpulla. Reaktori puhdistetaan pesuaineella, se huuhdotaan isopropyylialkoholilla ja kuivataan uunissa, mitä seuraa 30-40 minuutin pituinen käsittely suuritehoisella (50 W) ilmaplas-malla. Tämän plasman tuottamiseksi reaktorin ulkopuolelle, sen ympärille kierretty kuparikäämi (halkaisija 4 mm, 9 kierrosta, jotka sijaitsevat 8-15 cm: n kohdalla kaasun sisäänmenosta mitaten) kytkettiin induktiivisesti sopivan verkon avulla 13,56 MHz radiotaajuuslähteeseen. Reaktoriin, käämin sisällä, olevaan alueeseen, laitetaan huokoinen PTFE-näyte. Tämä näyte on arkki, jonka koko on 100 mm x 150 mm, ja joka on pinnoitettu 1 mikronin paksuiseksi kerrokseksi ruiskutetulla erittäin puhtaalla platinalla. Reaktoriin muodostetaan pienipaineinen 6 tyhjö, tyypillisesti 0,7 Pa (5xl0‘3 Torr:in) tyhjö, ja reaktoriin johdetaan happea, jonka puhtaus on 99,9 %, ja jonka paine on 6,7 tai 13,3 - 13 3,3 Pa (0,05 tai 0,1 - 1 Torr) , tyypillisesti 13,3, 26,7 tai 66,7 Pa (0,1, 0,2 tai 0,5 Torr), ja tämän happihuuhtelun kestäessä noin 5 minuuttia. Sitten plasma herätetään 30 watt:in teholla tyypillisesti 10 minuutiksi. Tämän jälkeen radiotaajuus kytketään pois päältä, kaasun sisäänmeno suljetaan ja reaktoriin palautetaan peruspaine ainakin 5 minuutiksi. Talla, tavalla platinaan saadaan happiatomeja.
Toinen vaihe eli pelkistysvaihe toteutetaan samankaltaisella tavalla johtamalla reaktoriin hyvin puhdasta (99,9 %) vetyä, jonka paine on noin 6,7 tai 13,3 - 133,3 Pa (0,05 tai 0,1 -1 Torr), esimerkiksi 13,3, 26,7 tai 66,7 Pa (0,1, 0,2 tai 0,5 Torr), kaasuhuuhtelua jatketaan muutama minuutti ja plasma herätetään 30 watt:in teholla tyypillisesti 10 minuutiksi. Tällöin vety reagoi happiatomien kanssa. Sitten radiotaajuus kytketään pois päältä, kaasun sisäänmeno suljetaan ja reaktoriin muodostetaan tyhjö 5 minuutiksi. Tällöin reagoinut happi haihtuu vesihöyrynä, jolloin jäljelle jää platinapinta, joka on muuttunut "karheammaksi" sen seurauksena, että happea on poistunut kohdista, joissa se oli reagoinut ja syrjäyttänyt platina-atomeja, tällä tavalla pinta-alaa suurentaen. Tämän jälkeen järjestelmä palautetaan ilmakehän paineeseen ja näyte poistetaan siitä käyttöä varten.
Keksinnön muita esimerkkejä toteutettiin käyttämällä edellä kuvattua laitteistoa, mutta muuttamalla olosuhteita seuraavasti:
Esimerkki 2
Platinaa kerrostettiin kerroksiksi, joiden paksuus vaihteli arvojen 5 μτη, 1 μτη ja 0,1 μπι välillä, tai joiden paksuus oli tätäkin pienempi, jonka paksuuden tarkka kuvaus on merkityksetöntä, mutta jonka paksuuden voidaan esittää olevan alueella 0,05 - 0,1 μπι. Kaikissa tapauksissa saatiin käyttökelpoinen katalyytti hapetuksen ja pelkistyksen jälkeen.
7
Esimerkki 2a
Esimerkki 2 toistettiin, mutta näytteitä ei sijoitettu käämin sisäpuolella olevaan alueeseen, vaan aivan sen ulkopuolella olevaan "jälkihohto"alueeseen. Tällöin näytteet eivät olleet suurimman energiavarauksen käsittävien hiukkasten vaikutuspiirissä, jolloin näiden hiukkasten ylienergisestä iskeytymisestä johtuva kerrostuneen metallin häviäminen heikkeni. Todettiin, että jäljellä olleiden varautuneiden hiukkasten energiajakauma soveltui erittäin hyvin hapetukseen ja pelkistykseen. Näytteistä saatiin hyviä katalyytteja.
Esimerkki 3
Pelkän platinan sijasta ruiskupinnoituksessa käytettiin tavanomaista 60:40 kulta/platina-seosta. Sitä kerrostettiin PTFE:n pinnalle 1 μπΐ:η paksuiseksi kerrokseksi, sen koostumuksen pysyessä laajasti ottaen muuttumattomana. Edellä kuvatulla tavalla toteutetun hapetuksen ja pelkistyksen jälkeen kaikista näytteistä saatiin hyviä katalyyttejä. Oletetaan, että näissä olosuhteissa palladiumin pinta-ala tässä kerrostetussa seoksessa oli suurentunut, kullan pysyessä muuttumattomana, jolloin kuitenkin saatiin hyvä sähkönjohdin.
Esimerkki 4
Esimerkin 3 mukainen ruiskupinnoitettu substraatti hapetettiin 26,7 Pa (0,2 Torr:in) happipaineessa ja se pelkistettiin 13,3 Pa (0,1 Torr:in) vetypaineessa. Tämä oli erityisen menestyksellinen käsittely.
Esimerkki 5
Esimerkit 3 ja 4 toistettiin onnistuneesti käyttäen kulta-palladiumseosta ja käyttäen (erikseen) kuparia.
Esimerkki 6
Esimerkit 3 ja 4 toistettiin onnistuneesti käyttäen hopeaa. Hapetus onnistui 26,7 Pa (0,2 Tomin) happipaineessa ja käyttäen vain 3 Watt:in plasmaa (3 minuuttia).
8
Esimerkki 7
Esimerkki 2 toistettiin toteuttaen hapetus ja pelkistys olosuhteissa, joissa vastaavan kaasun paine oli 13,3 Pa (0,1 Torr), ja joissa käytettiin heikkoa plasmaa (5 Watt) 5 minuutin ajan. Tämä hellävarainen käsittely tuotti äärimmäisen tehokasta sähkökemiallista materiaalia, jota voidaan käyttää esimerkiksi amperometrisessä ilmaisimessa.

Claims (12)

1. Menetelmä huokoisen, ryhmään VIII kuuluvaa metallia käsittävän komposiittikappaleen valmistamiseksi, jossa menetelmässä huokoinen substraatti metalloidaan, tämä metallointi hapetetaan ja tämä metallointi pelkistetään, tunnettu siitä, että hapetus toteutetaan kaasutaasissa hapettavalla plasmalla ja pelkistys toteutetaan kaasutaasissa pelkistävällä plasmalla .
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että substraatti on keräämiä tai polymeeriä.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että substraatti on fluoripolymeeria.
4. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kappale metalloidaan kaasu-faasissa . ... 5. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetel- *·1#’ mä, tunnettu siitä, että ryhmään VIII kuuluva metalli • on platina, palladium tai nikkeli. • · · 9 · · • V 6. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetel- mä, tunnettu siitä, että metalli: substraatti -suhde on pienempi kuin 1:1.
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metalli:substraatti-suhde on pienempi kuin 1:100. ♦ · · • · « **! 8. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetel- *·1 . mä, tunnettu siitä, että metallointi hapetetaan happi- • · · plasmalla. ·
10. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että substraatin lämpötila ei ylitä arvoa 325 K plasmakäsittelyjen aikana.
11. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukaisella menetelmällä valmistettu huokoinen metallikomposiittikappale.
12. Katalyytti, joka käsittää patenttivaatimuksen 11 mukaisen kappaleen.
FI963749A 1994-03-21 1996-09-20 Huokoinen metallikomposiittikappale FI121532B (fi)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9405518A GB9405518D0 (en) 1994-03-21 1994-03-21 Porous metal composite body
GB9405518 1994-03-21
PCT/GB1995/000620 WO1995025588A1 (en) 1994-03-21 1995-03-21 Porous metal composite body
GB9500620 1995-03-21

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI963749L FI963749L (fi) 1996-09-20
FI963749A0 FI963749A0 (fi) 1996-09-20
FI121532B true FI121532B (fi) 2010-12-31

Family

ID=10752220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI963749A FI121532B (fi) 1994-03-21 1996-09-20 Huokoinen metallikomposiittikappale

Country Status (11)

Country Link
US (1) US5798148A (fi)
EP (1) EP0751824B1 (fi)
JP (1) JP3769295B2 (fi)
AT (1) ATE166250T1 (fi)
AU (1) AU685247B2 (fi)
DE (1) DE69502599T2 (fi)
DK (1) DK0751824T3 (fi)
ES (1) ES2116735T3 (fi)
FI (1) FI121532B (fi)
GB (2) GB9405518D0 (fi)
WO (1) WO1995025588A1 (fi)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19817388A1 (de) * 1998-04-20 1999-10-28 Atotech Deutschland Gmbh Verfahren zum Herstellen von metallisierten Substratmaterialien
US6245435B1 (en) 1999-03-01 2001-06-12 Moen Incorporated Decorative corrosion and abrasion resistant coating
US6682627B2 (en) 2001-09-24 2004-01-27 Applied Materials, Inc. Process chamber having a corrosion-resistant wall and method
CA2465893A1 (en) * 2001-11-09 2003-05-22 Schering Corporation Polycyclic guanine derivative phosphodiesterase v inhibitors
US7026057B2 (en) 2002-01-23 2006-04-11 Moen Incorporated Corrosion and abrasion resistant decorative coating
JP3933058B2 (ja) * 2002-02-25 2007-06-20 日立化成工業株式会社 マイクロ流体システム用支持ユニット及びその製造方法
KR100927288B1 (ko) * 2004-02-18 2009-11-18 히다치 가세고교 가부시끼가이샤 마이크로 유체시스템용 지지유닛
KR100679341B1 (ko) * 2004-09-15 2007-02-07 한국에너지기술연구원 수소기체분리용 팔라듐 합금복합막의 제조방법
US8409515B2 (en) * 2009-07-14 2013-04-02 GM Global Technology Operations LLC Exhaust gas treatment system
JP5973423B2 (ja) 2010-04-26 2016-08-23 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー アニーリングされたナノ構造薄膜触媒
US9636639B2 (en) * 2012-12-21 2017-05-02 Agency For Science, Technology And Research Porous metallic membrane
DE102022203401A1 (de) 2022-04-06 2023-10-12 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Reinigung zumindest einer Oberseite eines Substrats

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1865180A (en) * 1931-06-15 1932-06-28 Universal Oil Prod Co Process for producing catalysts
US3715238A (en) * 1969-03-20 1973-02-06 American Cyanamid Co Method of making a porous catalytic electrode
GB1556452A (en) * 1977-10-25 1979-11-28 Nat Res Dev Catalysing hydrogen evolution
JPS5684636A (en) * 1979-12-08 1981-07-10 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Palladium catalyst and its production
JPS5983352A (ja) * 1982-11-05 1984-05-14 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用電極の製造方法
US4540476A (en) * 1982-12-10 1985-09-10 At&T Bell Laboratories Procedure for making nickel electrodes
JPS60216458A (ja) * 1984-04-11 1985-10-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高温燃料電池の負極の再生法
DE3522287A1 (de) * 1985-06-21 1987-01-02 Moc Danner Gmbh Offenporiger koerper zum filtern und/oder katalytischen behandeln von gasen oder fluessigkeiten und verfahren zu seiner herstellung
GB2190399A (en) * 1986-05-02 1987-11-18 Nat Res Dev Multi-metal electrode
GB8613015D0 (en) * 1986-05-29 1986-07-02 Thomas T R Porous ptfe
US4756964A (en) * 1986-09-29 1988-07-12 The Dow Chemical Company Barrier films having an amorphous carbon coating and methods of making
US4689111A (en) * 1986-10-28 1987-08-25 International Business Machines Corp. Process for promoting the interlaminate adhesion of polymeric materials to metal surfaces
US4933060A (en) * 1987-03-02 1990-06-12 The Standard Oil Company Surface modification of fluoropolymers by reactive gas plasmas
US4818745A (en) * 1987-09-08 1989-04-04 Phillips Petroleum Company Catalyst for oxidation of carbon monoxide and process for preparing the catalyst
GB8815494D0 (en) * 1988-06-29 1988-08-03 Univ City Process for preparation of porous metal
JPH0760821B2 (ja) * 1991-05-17 1995-06-28 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション ポリマー基材の状態調整方法

Also Published As

Publication number Publication date
ES2116735T3 (es) 1998-07-16
US5798148A (en) 1998-08-25
EP0751824A1 (en) 1997-01-08
AU1902095A (en) 1995-10-09
WO1995025588A1 (en) 1995-09-28
AU685247B2 (en) 1998-01-15
FI963749L (fi) 1996-09-20
DK0751824T3 (da) 1998-10-07
GB9505644D0 (en) 1995-05-10
FI963749A0 (fi) 1996-09-20
DE69502599D1 (de) 1998-06-25
GB2287720A (en) 1995-09-27
EP0751824B1 (en) 1998-05-20
JPH09510506A (ja) 1997-10-21
DE69502599T2 (de) 1998-11-19
GB9405518D0 (en) 1994-05-04
ATE166250T1 (de) 1998-06-15
HK1010999A1 (en) 1999-07-02
GB2287720B (en) 1997-11-05
JP3769295B2 (ja) 2006-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI121532B (fi) Huokoinen metallikomposiittikappale
US7838457B2 (en) Process for production of conductive catalyst particles, process for production of catalyst electrode capable of gas diffusion, apparatus for production of conductive catalyst particles, and vibrating apparatus
US8211593B2 (en) Low platinum fuel cells, catalysts, and method for preparing the same
EP1402951A1 (en) Conductive catalyst particle and its manufacturing method, gas-diffusing catalyst electrode, and electrochemical device
US7258899B1 (en) Process for preparing metal coatings from liquid solutions utilizing cold plasma
EP1807185B1 (en) Preparation method of palladium alloy composite membrane for hydrogen separation
JPWO2003079477A1 (ja) 固体高分子電解質型燃料電池のセルユニット
CA2701227C (en) Method of manufacture of an electrode for a fuel cell
JP2018137228A (ja) カソード電極材料
JP4519950B2 (ja) 触媒の電解質析出による電極−電解質−ユニットの製法
EP0982412B1 (fr) Procédé pour améliorer l&#39;adhérence de particules métalliques sur un substrat carboné
CA2183763C (en) Porous metal composite body
RU2595900C1 (ru) Способ изготовления и модификации электрохимических катализаторов на углеродном носителе
CN112108158B (zh) 一种电化学沉积Pt-多孔铜基晶须催化剂材料的制备方法
RU2749729C1 (ru) Способ получения многослойных металлических наноструктурированных каталитических покрытий
KR102871339B1 (ko) 수소 환원 플라즈마를 활용한 스택 전극 제조방법 및 이에 의해 제조되는 전극
CN102725895A (zh) 含催化剂电极层的制备方法
HK1010999B (en) Porous metal composite body
US4724063A (en) Catalyst for the electroreduction of oxygen
JPH04131392A (ja) 電気化学用電極
KR101970733B1 (ko) 연료전지용 다공성 백금 박막의 제조방법
JPH04141957A (ja) 固体電解質燃料電池の酸素ガス電極の製造方法
JPH07316819A (ja) 金属酸化物膜の製法
JP2023125356A (ja) オゾン発生用電極
JPWO2020179693A1 (ja) 多孔質体、電気化学セル、及び多孔質体の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
FD Application lapsed
P71A Reinstatment acc. sect. 71a patents act

Free format text: REINSTATEMENT ACC. SECT. 71A PATENTS ACT

HC Name/ company changed in application

Owner name: BTG INTERNATIONAL LIMITED

Free format text: BTG INTERNATIONAL LIMITED

P71A Reinstatment acc. sect. 71a patents act

Free format text: REINSTATEMENT ACC. SECT. 71A PATENTS ACT

PC Transfer of assignment of patent

Owner name: BTG INTERNATIONAL LIMITED

Free format text: BTG INTERNATIONAL LIMITED

MM Patent lapsed