一種納米孔結(jié)構(gòu)銅/氧化亞銅/氧化銅復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種納米孔結(jié)構(gòu)的銅/氧化亞銅/氧化銅復(fù)合材料的制備方法，屬于 納米多孔材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 納米多孔金屬是一類具有孔洞且孔洞尺寸達(dá)到了納米量級(jí)的金屬材料，其制備方 法主要有：模板法、斜入射沉積法、納米粉體燒結(jié)法、脫合金法等。利用模板法制備而成的納 米多孔金屬孔徑尺寸的大小和孔的分布排列都是由模板確定的、模板制備工藝復(fù)雜、孔分 布不均勻等缺點(diǎn)限制了模板法的發(fā)展。利用脫合金法制備的納米多孔金屬是近十年發(fā)展起 來(lái)的一類新型功能納米材料，它具有高比表面積、低密度、高通透性、高導(dǎo)電導(dǎo)熱性、結(jié)構(gòu)靈 活可調(diào)等特點(diǎn)，有望在催化、分離、能源等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
[0003] 氧化銅和氧化亞銅是一種很重要的氧化物材料，具有獨(dú)特的光學(xué)和催化性質(zhì)，而 且無(wú)毒性，價(jià)格便宜。氧化銅和氧化亞銅在太陽(yáng)能電池、光催化劑、電極材料、磁存儲(chǔ)、鋰離 子電池、超級(jí)電容器等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 傳統(tǒng)的脫合金法一般采用快速凝固的方法先制成細(xì)晶合金的粉末或者薄片狀前 驅(qū)體，然后再對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行脫合金處理，由此制備出單一金屬的多孔材料。本發(fā)明針對(duì)納米 多孔銅材料的應(yīng)用受到一定限制的情況，提供了一種納米孔結(jié)構(gòu)的銅/氧化亞銅/氧化銅 復(fù)合材料的制備技術(shù)。在制備普通納米多孔銅的基礎(chǔ)上采用冷壓、高溫合金化、脫合金的方 法，通過(guò)控制制備工藝條件，使得銅的微觀組織發(fā)生了較大變化。在脫合金過(guò)程中，鋁原子 發(fā)生溶解，部分銅原子也被溶解，銅離子與溶解氧接觸發(fā)生氧化形成了銅的氧化物，既保留 了納米多孔銅的存在，又增加了納米孔結(jié)構(gòu)銅氧化物的生成。采用本發(fā)明的制備工藝，操作 簡(jiǎn)單且合金成分易于控制，不僅可以獲得納米孔結(jié)構(gòu)，改善了產(chǎn)物的相組成成分，并且制造 成本低廉，易于批量化生產(chǎn)。與納米多孔銅傳統(tǒng)的制備工藝相比，本發(fā)明制得的產(chǎn)物中存在 銅的氧化物，材料具有獨(dú)特的光學(xué)和催化性質(zhì)，制備成本低廉、無(wú)毒性。
[0005] 本發(fā)明的目的在于采用冷壓、高溫合金化、脫合金法，將鋁粉和銅粉混合均勻后冷 壓、高溫合金化，制備出前驅(qū)體，然后在氫氧化鈉溶液中進(jìn)行選擇性腐蝕的脫合金處理，使 得銅的微觀組織發(fā)生了較大變化。在腐蝕過(guò)程中，鋁原子發(fā)生溶解，部分銅原子也被溶解， 銅離子與溶解氧接觸發(fā)生氧化形成了銅的氧化物，從而得到具有納米孔結(jié)構(gòu)的銅/氧化亞 銅/氧化銅復(fù)合材料。
[0006] 本發(fā)明的特點(diǎn)在于： 通過(guò)使用冷壓、高溫合金化、脫合金的方法，將銅鋁合金前驅(qū)體制備成納米孔結(jié)構(gòu)的銅 /氧化亞銅/氧化銅復(fù)合材料，在不影響納米多孔銅存在的前提下，制備出了含有銅氧化物 的復(fù)合材料。結(jié)果顯示，該復(fù)合材料的納米孔結(jié)構(gòu)均勻、細(xì)小，孔尺寸在20~90nm范圍內(nèi)、韌 帶寬度在l〇~80nm范圍內(nèi)。該類材料具有良好的導(dǎo)電性、延展性、比表面積大、生物兼容性 好、化學(xué)活性高等性能，可以應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、光催化劑、電極材料、鋰離子電池、超級(jí)電 容器等方面。
[0007] 本發(fā)明材料的前驅(qū)體是由以下原子百分比（at%)的組分組成：60~85%鋁（A1)，其 余為銅（Cu)及總量不大于0. 5%的不可避免的雜質(zhì)。
[0008] 材料的制備方法采用以下步驟：先將鋁粉和銅粉混合均勻后，在室溫下壓制成型， 再升至一定溫度進(jìn)行高溫合金化，制備出塊狀前驅(qū)體，然后在氫氧化鈉溶液中進(jìn)行選擇性 腐蝕的脫合金處理和氧化處理，去除鋁組元，并且形成氧化銅/氧化亞銅組織，從而制得該 發(fā)明材料。
[0009] 本發(fā)明的復(fù)合材料制備方法具體為： (1) 將尺寸為150-200目的鋁粉和尺寸為150-200目的銅粉按照預(yù)定的原子比混合均 勻，再用液壓機(jī)將其壓制成塊狀，所用壓力為300MPa~550MPa，保壓時(shí)間為l~5min ; (2) 將壓制成塊狀的金屬放入真空爐中高溫合金化，升溫至400°C ~750°C，保溫時(shí)間為 30min~120min，制得塊體的錯(cuò)銅合金； (3) 在室溫下，將制得的鋁銅合金放入氫氧化鈉溶液中進(jìn)行選擇性腐蝕，直至無(wú)明顯氣 泡冒出后取出，然后清洗、烘干，并測(cè)試其比表面積大小。用所得試樣制備超級(jí)電容器電極 并在5mV/s的掃描速率下測(cè)試其比容量。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 實(shí)施例1 本發(fā)明實(shí)施例材料的組成原子配比（at%)為60%A1，其余為銅（Cu)及總量不大于0. 5% 的不可避免的雜質(zhì)。
[0011] 采取以下步驟制得： (1) 將銅粉及鋁粉按照60:40的原子比混合均勻，再將混合后的粉末用液壓機(jī)壓制成 塊狀，所用壓力為500MPa，保壓時(shí)間為2分鐘； (2) 將壓制成塊狀的金屬放入真空爐中高溫合金化，升溫至430°C，保溫時(shí)間為 120min，制得錯(cuò)銅合金； (3) 在常溫下，將制得的鋁銅合金放入濃度為6mol/L氫氧化鈉溶液中進(jìn)行選擇性腐 蝕，直至無(wú)明顯氣泡冒出后取出，然后清洗、烘干，并測(cè)試其比表面積。用所得試樣制備超級(jí) 電容器電極并在5mV/s的掃描速率下測(cè)試其比容量。
[0012] 實(shí)驗(yàn)條件、所得組織相組成、比表面積及其所做電極的比容量數(shù)值見(jiàn)表1。
[0013] 實(shí)施例2 本發(fā)明實(shí)施例材料的組成原子配比（at%)為60%A1，其余為銅（Cu)及總量不大于0. 5% 的不可避免的雜質(zhì)。
[0014] 采取以下步驟制得： (1) 將銅粉及鋁粉按照60:40的原子比混合均勻，再將混合后的粉末用液壓機(jī)壓制成 塊狀，所用壓力為500MPa，保壓時(shí)間為2分鐘； (2) 將壓制成塊狀的金屬放入真空爐中高溫合金化，升溫至700°C，保溫時(shí)間為30min， 制得鋁銅合金； (3)在室溫下，將制得的鋁銅合金放入濃度為6mol/L氫氧化鈉溶液中進(jìn)行選擇性腐 蝕，直至無(wú)明顯氣泡冒出后取出，然后清洗、烘干。用所得試樣制備超級(jí)電容器電極并在 5mV/s的掃描速率下測(cè)試其比容量。
[0015] 實(shí)驗(yàn)條件、所得組織相組成、比表面積及其所做電極的比容量數(shù)值見(jiàn)表1。
[0016] 實(shí)施例3 本發(fā)明實(shí)施例材料的組成原子配比（at%)為67%A1，其余為銅（Cu)及總量不大于0. 5% 的不可避免的雜質(zhì)。
[0017] 采取以下步驟制得： (1) 將銅粉及鋁粉按照67:33的原子比混合均勻，再將混合后的粉末用液壓機(jī)壓制成 塊狀，所用壓力為350MPa，保壓時(shí)間為2分鐘； (2) 將壓制成塊狀的金屬放入真空爐中高溫合金化，升溫至430°C，保溫時(shí)間為 120min，制得錯(cuò)銅合金； (3) 在室溫下，將制得的鋁銅合金放入濃度為6mol/L氫氧化鈉溶液中進(jìn)行選擇性腐 蝕，直至無(wú)明顯氣泡冒出后取出，然后清洗、烘干，測(cè)試其比表面積大小。用所得試樣制備超 級(jí)電容器電極并在5mV/s的掃描速率下測(cè)試其比容量。
[0018] 實(shí)驗(yàn)條