去合金化制备纳米多孔金属材料的研究进展_谭秀兰
去合金化制备纳米多孔金属材料的研究进展*
谭秀兰1,2,唐永建1,刘 颖2,罗江山1,李 恺1,刘晓波2
(1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心,绵阳621900;2 四川大学材料科学与工程学院,成都610065)
摘要 用去合金化制备的孔隙尺寸小于100nm的纳米多孔金属材料,开拓了多孔金属材料一个新的应用领
域。目前的研究主要集中于通过不同的合金体系制备出不同的纳米多孔金属,分别介绍了纳米多孔金、铂、铜、钯、钛
的制备工艺,并对孔洞形成的溶解-再沉积机制、体扩散机制、表面扩散机制、渗流机制及相分离模型进行了简述。对
纳米多孔金的现有研究表明,纳米多孔金具有良好的化学稳定性、高的比表面积以及高的屈服强度,目前应用研究包
括作为热交换器、传感器及催化材料等方面。
关键词 纳米多孔金属 制备 去合金化
ProgressinResearchonPreparationsofNanoporoursMetalsbyDealloying
TANXiulan1,2,TANGYongjian1,LIUYing2,LUOJiangshan1,LIKai1,LIUXiaobo2
(1 ResearchCenterofLaserFusion,CAEP,Mianyang621900;2 DepartmentofMaterial
ScienceandEngineering,SichuanUniversity,Chengdu610065)
Abstract Nanoporousmetalsmadebydealloyingdisplaynovelpropertiesinmanyapplications.Thepresent
researchconcentratesonpreparationsofmult-inanoporoursmetalsfromdifferentalloys.Preparationsofnanoporous
gold,platinum,copper,palladiumandtitaniumarereviewed.Themechanismsofporeformingduringdealloyingare
summaried,includingtheresolution-redepositionmechanism,volumediffusionmechanism,surfacediffusionmecha-
nism,thepercolationmechanismandphaseseparationmodel.Nanoporousgoldhasagoodchemicalstability,ahigh
specificsurfacearea,aswellasahighyieldstrength.Thecurrentapplicationresearchesincludetheapplicationsas
heatexchangers,sensorsandcatalyticmaterial,andsoon.
Keywords nanoporousmetals,preparations,dealloying
*中国工程物理研究院科学技术发展基金资助(2007B08007) 谭秀兰:女,1983年生,硕士研究生,研究方向为多孔泡沫金属 E-mail:txl725@tom.com0 引言
近年来利用去合金化方法制备的孔隙尺寸小于100nm
的纳米多孔金属材料由于比表面积高、密度低而具有特殊的
物理、化学、机械性能,开拓了多孔金属材料新的应用领域,
作为潜在的传感器和驱动器而受到国际材料学界的高度重
视[1,2]。
去合金化,即选择性腐蚀,是指合金组元间的电极电位
相差较大,合金中的电化学性质较活泼元素在电解质的作
用下选择性溶解进入电解液而留下电化学性质较稳定元素
的腐蚀过程。组元既可以是单相固溶体合金中的一种元
素,又可以是多相合金中的某一相。最典型的例子是黄铜
脱锌和铸铁的石墨化腐蚀。目前,对二元固溶体合金去合
金化制备纳米多孔金属成为国内外研究的一大热点,特别
是对通过Ag-Au系合金选择性腐蚀制备纳米多孔金的研
究。现有的研究主要集中于采用不同的合金体系制备出各
种不同的纳米多孔材料。本文对去合金化制备的几种纳米
多孔金属及其制备过程、孔洞形成机制和应用方面的研究
进行介绍。1 去合金化制备的纳米多孔材料
纳米多孔金属材料可通过不同的合金体系制备,如通过
Ag-Au[1,3-9]、Zn-Au[10]、A-lAu[11]、Cu-Au[12,13]、N-iAu[14]均已
制备出纳米孔隙尺寸金。在研究纳米多孔金的基础上,国内
外科学研究者们将这种方法拓展应用于其他金属体系,如
S-iPt[15]、Cu-Pt[16]、Cu-Zr[17]、Mn-Cu[18]、Cu-Pd[19,20]和A-l
Ti[21]等,已制备出纳米多孔铂、纳米多孔铜、纳米多孔钯和纳
米多孔钛等多种纳米多孔金属材料。
1.1 纳米多孔金的制备
目前,国际上对去合金化的研究主要集中在以Ag-Au
合金体系为主的均匀固溶体。一方面从相图上看Ag-Au在
所有组成范围内形成单相无限固溶体,另一方面Ag和Au
都为面心立方结构,两元素的点阵常数分别为0.40786nm和
0.40862nm,点阵错配度仅为0.2%,在整个成分范围内点阵
常数变化不大。利用Ag-Au合金的去合金化已制备出多重
孔隙尺寸的纳米多孔金块体、纳米孔隙金薄膜、纳米多孔金
丝等多种多孔结构。
约翰-霍普金斯大学的Eriebacher教授[1]采用2.4g(12#68#材料导报:综述篇 2009年3月(上)第23卷第3期克拉)的白金叶在高氯酸中腐蚀去合金化的方法制备出孔隙
尺寸约为40nm、密度为30%金致密体的金泡沫,其制备流程
为:将2.4g(12克拉)白金叶(50~100Lm)轧制成厚度约
100nm的薄膜,然后在70%HNO3中自由腐蚀,得到孔隙尺
寸最小约20nm的多孔金。另外,德国H.RÊsner等[3]用成
分为Ag80Au20、厚度约为120nm的1.2g(6克拉)白金叶采用
相似的方法制备出了纳米多孔金。
美国加利福尼亚纳米结构制备与表征实验室的Juergen
Biener等[4-6]采用熔炼法制备金银合金,然后在不同溶液中
选择性腐蚀溶解Ag,制备出系带尺寸为10~60nm的纳米多
孔金试样,其制备工艺为:1100e熔炼制备金银合金y氩气
氛围875e热处理100h使成分均匀化y从合金铸锭上切割
直径~5mm、厚度~3Lm的圆片y抛光y800e去应力退火
8hy腐蚀分别采用:67%~70%HNO3溶液中自由腐蚀2~3
天和1mol/LHNO3+0.01mol/LAgNO3电解液中电化学腐
蚀,制备的泡沫金试样如图1,其中(a)为自由腐蚀,(b)为电化学腐蚀。
图1 块体25%Au泡沫的SEM照片
Fig.1 SEMmicrographsofdealloyed25%Au
德国马克思普朗克金属研究院的T.J.Balk等[7]利用自
组装的高真空磁控溅射系统,分别在硅基底和聚酰亚胺基底
上溅射沉积制备金银合金,再用32.5%HNO3腐蚀去合金化
制备出相对密度约为30%的纳米多孔金膜(如图2)。
图2 磁控溅射去合金制备的泡沫Au的FIB照片
Fig.2 FIBimagesofnanoporousAumadebydealloying
Sang-HoonYoo[8]和Searson[9]等利用腐蚀去合金化方
法制备出比表面积的纳米多孔金丝,其工艺步骤为:首先,在
孔径为200nm的多孔氧化铝模板上电化学沉积Ag-Au合
金,随后将氧化铝模板在50~70e的2mol/LNaOH溶液中
溶解掉,然后使Au-Ag合金纳米线在稀HNO3中发生脱Ag
腐蚀制得多孔结构的纳米金丝(见图3,其中(a)为Au-Ag合
金纳米管;(b)为Pt包覆的Au-Ag合金纳米管;(c)为纳米多
孔金丝;(d)为Pt包覆的纳米多孔金丝)。
纳米多孔金的去合金化体系还有Zn-Au、A-lAu、Cu-Au和N-iAu等,如Jingfang-Huang等[10]在40%~60%(物质的量分数)ZnCl2-EMIC离子溶液中Au基体上电化学沉积Zn制备
Au-Zn合金薄膜,然后在40%~60%(物质的量分数)ZnCl2-
EMIC离子溶液中阳极极化处理去合金化制备纳米多孔金膜。
王玲娟[14]采用熔炼制备N-iAu合金,在1mol/LHNO3溶液中
选择性溶解Ni制备出孔隙尺寸为20~60nm的纳米多孔金。
图3 纳米多孔金丝的FESEM图片
Fig.3 Field-emissionSEMimages
1.2 纳米多孔铂的制备
J.C.Thorp等[15]对PtxSi1-x非晶合金在HF中电化学
腐蚀去合金溶解Si,制备出孔隙尺寸为10~25nm、系带尺寸
约为5nm的纳米多孔铂膜(见图4)。Pugh等[16]通过真空电
弧熔炼制得块状Cu0.75Pt0.25合金,然后利用三电极系统对试
样进行腐蚀去合金化处理。在1mol/LH2SO4溶液中,1.2V
(SCE)电压下腐蚀2.4h得到孔径尺寸为3.4nm的纳米孔隙
铂,这是迄今为止报道的最小的孔隙尺寸。
图4 去合金后孔径尺寸为10~25mm的
纳米多孔Pt的STEM图
Fig.4 STEMimageafterdealloyingforthePtnanoporous
structurerevealingporessizesonorderof10~25mm
1.3 纳米多孔铜的制备
吕海波等[17]在5mm@25mm@0.8mm的玻片上用磁控
溅射沉积合成62Cu-38Zr纳米合金,然后在0.1mol/L的
HCl溶液采用电化学腐蚀去合金化的方法制备出孔径约为#69#去合金化制备纳米多孔金属材料的研究进展/谭秀兰等500nm的纳米结构多孔铜。Hayes等[18]利用Mn-Cu合金的
腐蚀去合金化制备出多重孔隙尺寸的纳米孔隙铜。研究表
明,Mn0.7Cu0.3合金通过自由腐蚀和外加电位阳极溶解均可
获得纳米孔隙铜,随着电解质溶液和腐蚀方式的不同,
FESEM观察到其孔隙尺寸在16~125nm(见图5)。
图5 不同孔隙尺寸的纳米多孔铜的FESEM图
Fig.5 FESEMimagesofnanoporousCumadeby
dealloyingatdifferentsizes
1.4 纳米多孔钯及纳米多孔钛的制备
Meyerheim[19]和Schofield[20]等采用Cu-Pd合金体系,在
酸溶液中选择性溶解Cu而制备出纳米多孔钯。Bayoumi
等[21]将T-i8%(原子分数)Al合金在1mol/LNaOH溶液中,
2.8V电压下(SCE)腐蚀2h,得到有序的纳米多孔钛,其孔径
大小为30~100nm,平均孔径为60nm,然后将试样在1mol/
LH3PO4+1%(质量分数)HF溶液中阳极氧化得到平均孔
径为80nm左右的TiO2。
2 去合金化过程中孔洞形成的机制
对于二元合金体系A1-xBx(A为贱组元,B为贵组元),
选择性腐蚀的发生需要满足以下两个条件[14]。首先,合金元
素之间的标准电极电位有足够大的差值。例如Ag-Au体系,
两者之间的标准电极电位差为0.8V,这表现为在一种电解质
溶液中两组元的溶解速率不同。其次,合金中活泼原子的含
fe-al-ti-al和ni-a系金属间化合物多孔材料及研究进展
第21卷第4期 中国有色金属学报 2011年4月 Vol.21 No.4 The Chinese Journal of Nonferrous Metals Apr. 2011
文章编号：1004-0609(2011)04-0784-12
Fe-Al、Ti-Al和Ni-Al系金属间化合物
多孔材料的研究进展
李婷婷，彭超群，王日初，王小锋，刘 兵，王志勇 (中南大学 材料科学与工程学院，长沙 410083)
摘 要：总结Fe-Al、Ti-Al、Ni-Al 3大系金属间化合物的物相结构和基本特性，论述Fe-Al、Ti-Al和Ni-Al 3大
类金属间化合物多孔材料的制备方法、孔结构表征以及耐腐蚀性能，并指出孔结构参数的可控性研究、复合材料
的制备和焊接性能的提高是金属间化合物多孔材料未来的研究重点。
关键词：金属间化合物；Fe-Al合金；Ti-Al合金；Ni-Al合金；多孔材料；耐腐蚀性能
中图分类号：TG146.2 文献标志码：A
Research progress in porous Fe-Al, Ti-Al and Ni-Al intermetallic
compound porous materials
LI Ting-ting, PENG Chao-qun, WANG Ri-chu, WANG Xiao-feng, LIU Bing, WANG Zhi-yong (School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)
Abstract: The phase structures and elemental characteristics of Fe-Al, Ti-Al and Ni-Al intermetallic compound porous
materials were summarized. The preparation methods, pore structures and corrosion resistances of these three kinds of
D08.纳米多孔金属材料
D08. 纳米多孔金属材料
分会主席：郎兴友、丁轶、金海军、陈擎
单元D08-1：7月11日下午
主持人：丁轶、鄢俊敏
地点：7 馆-2F-10
13:30-14:00 D08-01
电动汽车动力电池面对的挑战与机遇
蒋青
吉林大学
14:00-14:20 D08-02
脱合金过程的原位X射线衍射研究
张忠华
山东大学
14:20-14:40 D08-03
纳米多孔金中“载荷记忆效应”–载荷下的反常驱动行为
刘凌志1，Nadiia Mameka2, Jürgen Markmann2,3, 金海军1,
Jörg Weissmüller2,3
1.中国科学院金属研究所
2.Helmholtz Zentrum Geesthacht
3.Hamburg University of Technology
14:40-14:55 D08-04
离子扩散速率限制的Mg-Cu-Y非晶合金体系脱合金的结构
研究
肖狄文，陈擎
香港科技大学
14:55-15:10 D08-05
新型氧化铝模板制备
胡有地，陈刚
上海科技大学物质学院
15:10-15:30 茶歇
15:30-16:00 D08-06
纳米多孔/非晶复合材料的制备及电化学析氢性能研究
吕昭平
北京科技大学
16:00-16:20 D08-07
骨支架的多孔结构设计
何思渊
东南大学生物电子学国家重点实验室
16:20-16:40 D08-08
纳米多孔金中晶体取向与晶界结构的定量电子显微学研究
杜奎1，王春阳1,2，王学璐1,3，何素云1,3
1.中国科学院金属研究所
2.中国科学院大学
3.中国科学技术大学材料科学与工程学院
16:40-16:55 D08-09
脱合金过程中的同步相分离
曾宇乔1,2, 蒋建清1,3, Jonah Erlebacher2
1.东南大学
2.Johns Hopkins University
3.南京林业大学
16:55-17:10 D08-10
Ag-Sn系前驱体合金的异步相脱合金行为研究
纳米多孔金属基体合金的制备方法研究进展
纳米多孔金属基体合金的制备方法研究进展
【摘 要】综述了纳米多孔金属基体合金的制备方法，主要包括高温熔炼法，机械叠轧法，蒸镀法，磁控溅射法，电镀法等。
【关键词】纳米多孔金属；基体合金；制备方法
纳米多孔金属是指孔径尺寸在纳米尺度内的多孔金属材料，兼具多孔材料的结构和纳米材料的功能，是一种新型的功能结构材料，在生物传感器、超级电容器、燃料电池、电化学催化等方面都有广泛的应用，其制备以及应用研究已经成为功能材料方向研究的热点[1]。目前，纳米多孔金属的的制备方法主要采用去合金化法。去合金化法也称为脱合金法，是一种选择性腐蚀的方法，由于不同金属的电极电位不同，如果合金组分间的电极电位相差较大，在电解质的腐蚀作用下，其中较活泼的一种或几种元素会溶解在电解质中，而选择性的留下电解质不能溶解的惰性元素，从而形成连续的纳米多孔结构。纳米多孔金属可以通过不同的金属合金体系制备，如通过Ag-Au、Cu-Pt、Cu-Zr、Al-Ag等制备出纳米多孔金、纳米多孔铂、纳米多孔铜和纳米多孔银等多种纳米多孔金属材料[2]。去合金化法一般包括两个过程，一是合金基体的选择和制备，二是去合金腐蚀过程。纳米多孔金属基体合金制备方法方面的综述文章很少见报道。纳米多孔金是最典型的一种纳米多孔金属，也是目前纳米多孔金属中研究最早、应用最多的一种，本文以纳米多孔金的基体合金即金合金的制备方法为例，系统综述了纳米多孔金属基体合金的制备方法，主要包括高温熔炼法[2]、机械叠轧法[3]、蒸镀法[4，5]、磁控溅射法[6]以及电镀法[7]等。
1 高温熔炼法
高温熔炼法是制备合金最常用的方法，就是将几种不同的金属在高温下熔炼成合金的方法。例如Ag-Au合金就是采用高温熔炼法将高纯度的银和金熔炼在一起，然后在800℃左右高温退火数小时，最后将熔炼好的合金用机械辊轴压制成金银合金箔片，厚度最薄可达100nm，这种100nm厚的金箔片商业化生产之后的价格是0.007美元每平方厘米[2]。高温熔炼法对温度和设备的要求较高，有一定的危险性。
纳米多孔金在分析化学中的应用进展
1
本科生毕业设计（论文）
题 目：纳米多孔金在分析化学中的应用进展
学生姓名： 李方
系 别： 化学化工系
专业年级：化学工程与工艺专升本二班
指导教师： 陈艳红
2014年4月28日
2 纳米多孔金在分析化学中的应用进展
摘 要
纳米多孔金作为一种新型纳米金属材料，近年来逐渐受到了研究者的广泛关注，其具有比表面积高、导电性好和结构灵活可控等特点。由于其特殊的结构与性质，纳米多孔金在催化、传感、分离、能源等许多领
域已得到广泛地应用。本文综述了近五年来纳米多孔金在分析化学中的应用和最新进展。
关键词 纳米多孔金; 分析化学; 生物传感器; 综述
1 引言
1963 年，人们首次利用透射电镜观察了Au-Ag 合金腐蚀后的微观结构，发现经过腐蚀处理后的合金呈现纳米多孔形态［1］。此后，虽然有关纳米多孔金的制备和应用的研究被报道过，但直到近几年，特别是采用去合金方法可制备出新颖的纳米多孔金属材料，人们才开始广泛地研究纳米多孔金的制备、性能及在各个领域中的应用［2 ～ 5］。纳米多孔金是一种具有纳米级孔结构的金属材料，内部为大量
三维相互贯通的纳米级尺度的孔隙和骨架，其不仅有金属的导电性、延展性等特性，也具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应等纳米材料特有的性质。另外，其多孔结构也使其具有比表面积高、密度低、通透性好、导性高等特点。随着现代科学技术的不断发展，对于纳米多孔金的结构和性能的研究也在不断深入和扩展，目前纳米多孔金已被广泛应用于催化、传感、分离、过滤、生物材料、燃料电池等领域［6 ～ 15］。由于纳米多孔金具有独特的孔结构，高的比表面积和良好的导电性，可在分析化学研究领域作为理想的基底材料［16 ～ 20］。例如，高的比表面积可以增加电极的活面积和电活性物质的负载量; 纳米级孔结构和金属导电性使其对某些物质具有高度催化活性; 纳米多孔金还可作为光学信号的增强基底。国内外有关纳米多孔金的综述虽已有报道，但大多数集中于纳米多孔金的制备和性能，对于其在分析科学中的应用却未涉及［3 ～ 8］。本文综述了近5 年纳米多孔金在分析化学领域，特别是电分析化学中的应用和最新进展，为拓宽纳米多孔金在分析化学中的研究和应用奠定基础。
多孔银的微观结构与纳米压痕法力学性能
第３１卷第３期 ２０１０年６月 大 连 交 通 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＤＡＵＡＮ 大 学 学 报 ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｖｏ１．３１ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０１０ 文章编号：１６７３．９５９０（２０１０）０３—００６７—０４ 多孑Ｌ银的微观结构与纳米压痕法力学性能 覃作祥，贾赕，李志强，李伯琼，陆兴 （大连交通大学材料科学与工程学院，辽宁省轨道交通关键材料重点实验室，辽宁大连ｌ１６０２８） 摘要：采用去合金化法制备多孔银，研究了浓盐酸浸泡处理对多孔结构的影响，利用纳米压痕技术测试 多孔银的硬度并研究其与多孔结构的关系．结果表明：多孔银的孔壁尺寸随浸泡时间增长而增大，孔隙度 随浸泡时间增长而减小，硬度随孔隙度的增大而增大，多孔银孔壁的屈服强度远高于多晶银． 关键词：去合金化；纳米压痕；多孑Ｌ银；屈服强度 中图分类号：ＴＧ１４６．３２ 文献标识码：Ａ ０ 引言 近年来，用去合金化法制备出了孔壁尺寸和 孔隙尺寸都在１００ ｎｍ以下的纳米多孔金属¨Ｊ．在 去合金化过程中，二元合金中的易腐蚀组元选择 性腐蚀进入溶液，留下的不易腐蚀的组元自组装 形成开孔的纳米多孔结构．由于纳米多孔金属具 有高的比表面积，因此纳米多孔金属在催化、传感 等方面有广阔的应用前景 Ｊ．纳米多孔系统的力 学性能的稳定性是其是否能够投入实际应用的一 个重要的指标，目前对于纳米多孔金的力学性能 已经有了一些研究 ，研究表明纳米多孔金的 力学性能与其孔壁尺寸有很大关系，存在着“越 小越强”的纳米尺度特性，即随着纳米多孔金的 孔壁尺寸的减小其屈服强度和杨氏模量随之增 大．也有研究表明纳米多孔金的力学性能与其孔 壁的变形方式和失效行为有关 Ｊ，孔壁直径为 １００ ｎｍ和１ ０００ ｎｍ时，孔壁的失效行为分别为颈 缩和滑移． 目前通过去合金化法制备的纳米多孔金属尺 寸较小，绝大部分是薄膜，厚度都在微米级．因此， 传统的材料力学性能测试设备在载荷和位移的测 量精度、试样加工和装配等诸多方面远不能满足 要求．纳米压痕实验是采用高分辨率仪器连续控 制和记录试样上压头施加和卸载时的试验力和位 移数据，并通过对这些数据进行分析可得到压痕 硬度和压痕模量等材料的力学性能，其压头压人 深度可精确到０．３ ｎｍ，对试样表面的作用力最小 仅５０ ｎＮ，如此小的压入深度和作用力使得大多 数材料仍处于弹性限度内，并且对膜厚的要求大 大降低，保证了测试的正确性和重复性¨ ．本文 先用去合金化法制备的多孔银，再进行了浓盐酸 浸泡实验，造成了其孔壁、孔隙和孑Ｌ隙度的变化， 采用纳米压痕实验研究多孔银的屈服强度与多孔 银的微观结构的关系． １ 试验方法 本实验所用的母合金成分为Ａｇ ｚｎ， 合金， 用纯银（９９．９９％）和锌粒（９９．８０％）作原料，在真 空感应炉中熔炼而成，保护气氛为氩气．随后合金 铸锭封入石英玻璃管中，在５５０ｏＣ温度下均匀化 退火１５０ ｈ．合金铸锭经热挤压成型，得到１５ ｍｍ× ２ ｍｍ×２ ｍｍ的薄片．合金薄片在氩气气氛下，于 ５５０￣Ｃ退火８ ｈ，以消除制备过程中的残余应力．合 金薄片的去合金化过程是在０．０１ ｍｏｌ／Ｌ Ｈ：ＳＯ 溶 液中，采用三电极体系，工作电极即为合金薄片， 辅助电极为Ｐｔ电极，参比电极为饱和ＫＣ１甘汞电 极，工作电压为０．３ Ｖ．去合金化制法制备所得的 多孔银再在浓度为３７％的浓盐酸分别浸泡５、２０、 ３０ ｈ．纳米压痕实验采用ＭＴＳ公司生产的纳米压 收稿日期：２００９—０４—２７ 基金项目：教育部高校博士点基金资助项目；辽宁省教育厅优秀人才资助项目（ＲＣ一１５） 作者简介：覃作祥（１９６５一），男，教授，硕士，主要从事特种金属功能材料、非晶合金等方面的研究 Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｉｎｚｘ＠ｄｊｔｕ．ｅｄｕ．ｅｎ．
自支撑纳米多孔金薄膜制备研究
第２７卷第６期 ２０１５年６月 强 激 光 与 粒 子 束 ＨＩＧＨ ＰＯＷＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩＣＬＥ ＢＥＡＭＳ Ｖｏ１．２７。Ｎｏ．６ Ｊｕｎ。，２０１５
自支撑纳米多孑Ｌ金薄膜制备研究
谭秀兰， 牛 高， 罗江山， 曾 勇
（中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳６２１９００）
摘要：采用磁控溅射镀金银膜，长时间热处理合金化制备前驱体合金，以渐进浓度的硝酸自由腐蚀去 合金化成功制备出具有自支撑结构的纳米多孔金薄膜。采用扫描电镜和Ｘ射线能谱仪对去合金腐蚀前后样 品的形貌和成分进行了分析，结果表明：４００℃，３６ ｈ的热处理使得薄膜样品完全合金化，获得了结晶致密的 Ａｕ４２Ａｇｓｓ合金膜；渐进浓度的自由腐蚀避免了薄膜的完全开裂，获得了样品尺寸大于１５ ｍｍ×１５ ｍｍ、厚度 ４００￣５００ ｒｌｍ、孔隙率约５６ 、具有自支撑结构的纳米多孑Ｌ金薄膜，其微观结构为连续的三维多孑Ｌ结构，系带尺 寸４Ｏ～１４０ ｒｌｍ，８０～１００ ｎｍ的系带达５８ 。 关键词：纳米多孔金；去合金化； 自支撑 中图分类号：ＴＧ１４６．３１； Ｏ６４８ 文献标志码： Ａ ｄｏｉ：１０．１１８８４／ＨＰＬＰＢ２０１５２７．０６４１０２
纳米多孔金属是孔径尺寸为ｎｍ量级的多孔金属材料，相对传统的多孔金属，其孔径尺寸更小，比表面积 更高，因而具有特殊的物理、化学和机械性能，它开拓了多孔金属新的应用领域，作为潜在的传感器、热交换器、
催化材料、低密度高屈服强度材料受到了国际材料学界的高度重视Ⅲ】＿３＿。在激光惯性约束聚变（ＩＣＦ）研究中， 超低密度的高Ｚ（原子序数）多孔金属材料，可以有效抑制超热电子的产生，缓解Ｒａｙｌｅｉｇｈ—Ｔａｙｌｏｒ不稳定性导
致的靶丸内外表面的不均匀性，是一类极具潜力的ＩＣＦ试验研究用低能量ｘ射线散射及辐射输运腔靶填充材 料ｌ＿４ Ｊ。近年来，采用去合金化（脱合金）方法制备纳米多孔金属成为国际上一大研究热潮，特别是通过Ａｇ—Ａｕ
可控结构纳米多孔铜研究进展
可控结构纳米多孔铜研究进展
摘要：去合金化制备纳米多孔金属因其独特的性能和重要的应用引起人们的广泛关注。纳米多孔金属材料独特的物理结构，使其成为理想的SERS基底。通过调节孔径/韧带的大小或与其他金属进行表面改性，可以实现SERS性能的可调增强。本文中，我们系统的讨论了前驱体成分、脱合金条件和后处理对纳米多孔结构的影响；在此基础上可以实现对纳米多孔结构进行调控，有助于开发廉价的SERS基底。
关键词：去合金化，纳米多孔金属，NPC，SERS
1.前言
独特的物理结构为纳米多孔金属提供了更大的比表面积和更优异的导热性和导电性，在催化、能源存储、传感、生物检测等领域广泛应用。纳米多孔金属的制备方法可分为模板法和非模板法。模板法是利用物理或化学的方法将金属负载于预先定制的模板孔隙之中，再通过热处理或腐蚀将模板去掉获得纳米多孔结构的方法。然而，高成本、低效率且无法直接制备纳米多孔金属限制了模板法的发展。近年来一些新的物理或化学方法被提出用以生产纳米多孔金属。其中，去合金化（dealloying）也被称为选择性溶解，是利用两种或多种电极电位相差较大的合金组元在电解质作用下，相对较活泼元素选择性溶解进入电解液而相对比较稳定元素得以保留的腐蚀过程。这种方法可以高效便捷的在三维空间中产生具有开放孔隙的双连续纳米多孔结构，在纳米多孔金属制备领域具有广阔的前景。
表面增强拉曼散射（SERS）效应被广泛应用于化学和生物系统中痕量分子甚至单分子的检测。具有均匀双连续的大比表面积纳米多孔金属可以吸附更多的检测分子，同时提供更多的“热点”，是理想的SERS活性基底。相对于过渡金属元素，金、银、铜等贵金属元素具有更优异的SERS性能。纳米多孔结构金和银已被用作高效的SERS基底。然而，纳米多孔铜（nanoporous copper ,NPC）的SERS效应却很少被研究。本文详细介绍了去合金化条件对纳米多孔金属形貌的影响，为制备高灵敏度SERS基底作出指导。
去合金化工艺对纳米多孔铜纯度的影响
第２５卷第４期 ２０１３年４月 强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩＧＨ ＰＯＷＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩＣＬＥ ＢＥＡＭＳ Ｖｏ１．２５。ＮＯ．４
Ａｐｒ．，２０１３
文章编号： １００１—４３２２（２Ｏ１３）Ｏ４一Ｏ９Ｏ８一Ｏ５
去合金化工艺对纳米多孔铜纯度的影响
谭秀兰 ， 李 恺 ， 罗炳池１，２， 罗江山 ， 吴卫东 ， 唐永建 。
（１．中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳６２１９００；
２．中国工程物理研究院等离子体物理重点实验室，四川绵阳６２１９００）
摘 要： 采用腐蚀去合金化方法制备纳米多孔铜材料。研究了固溶时间、腐蚀时间及腐蚀温度对纳米多
孑Ｌ铜表面形貌及残余Ｍｎ含量的影响。研究表明：由于固溶时间的延长，合金成分越来越均匀化，去合金化后
所得纳米多孔铜的残余Ｍｎ原子分数降低。固溶９５ ｈ的前驱体合金，随着腐蚀时间的延长，其残余Ｍｎ含量降
低不明显；随着温度的升高，其残余Ｍｎ原子分数由２５℃的３．５４ 降至６Ｏ℃的１．１４ ，但是６Ｏ℃腐蚀后的孔
隙与丝径尺寸明显粗化，样品易碎。通过调整去合金化参数，实验所制备的纳米多孔铜呈现均匀的海绵状纳米
多孑Ｌ结构，残余Ｍｎ原子分数１．２３ ，平均丝径尺寸４０ ｎｍ。
关键词：纳米多孔铜；去合金化；前驱体合金；表面形貌
中图分类号： ＴＧ１４６．３１；０６４８ 文献标志码： Ａ
纳米多孔金属是孔径尺寸为ｎｍ量级的多孔金属材料，相对传统的多孔金属，其孔径尺寸更小，比表面积
更大，因而具有特殊的物理、化学和机械性能，可以作为潜在的传感器、热交换器、催化材料、低密度高屈服强度
材料，受到了国际材料学界的高度重视ｌ＿１ 。在激光惯性约束聚变（ＩＣＦ）研究中，超低密度的高Ｚ多孔金属材
料，可以有效抑制超热电子的产生，缓解Ｒａｙｌｅｉｇｈ—Ｔａｙｌｏｒ不稳定性导致的靶丸内外表面的不均匀性，是一类极
具潜力的ＩＣＦ试验研究用的低能量Ｘ光散射及辐射输运腔靶填充材料。美国国家点火工程（ＮＩＦ）点火靶的设