一种高度有序的单片铜基多孔材料及其制备方法，涉及一种单片铜基多孔材料。单片铜基多孔材料的原料按原子比为Cu50Fe50-xCox、Cu50Fe50-xNix和Cu50Fe50-xMnx进行配料，x＝1～20at.％。将配好的合金熔炼，开启磁搅拌按钮，熔炼均匀后冷却；采用线切割机将熔炼好的Cu-Fe-X体系合金切成薄片，抛光后热处理，淬火，其中X＝Co，Ni，Mn；将热处理后的试样在盐酸溶液中预处理，再放置在电化学工作站下进行电化学腐蚀处理，合金接电源正极，纯铜接负极；硫酸溶液为电解液，电解液置于电化学装置中，将电化学腐蚀后的合金清洗，吹干，即得产物。有序度高、孔隙尺寸及分布可控。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种单片铜基多孔材料，尤其涉及一种采用脱合金方法制备的孔隙排布有序的单片铜基多孔材料，通过控制合金的成分及热处理工艺，实现多孔薄片材料中孔隙有序度及通透性可控。
技术介绍
脱合金化，即选择性腐蚀，是指合金组元间的电极电位相差大，合金中的电化学性质较活泼的元素在电解质的作用下选择性溶解进入电解液而留下较稳定元素的腐蚀过程 (谭秀兰，唐永健，刘颖等.去合金化制备纳米多孔铜.强激光与粒子束2009，21(1))。 采用脱合金法制备的多孔金属材料，孔隙小且均勻，近几年来，在催化、传感和过滤等
备受关注(王玲娟，沈长斌，朱雪梅等.Ni74.41125.3在1!1101/1!^03中的去合金化.大连交通大学学报，2008，四(3) :49-53)。铜基合金具有较好的可设计性，并且由于某些体系在液相或固相具有两相分离的性质，可以被利用来制备尺寸小、有序度高的铜基单片多孔材料(W. Schwarzacher, 0. I. Kasyutich, P.R.Evans et al. Metal ηanostructures prepared by template electrodeposition, JMAGN MAGN MATER. 1999 (198-199) :185-190)。目前，采用脱合金法制备的单片铜基多孔材料，具有十分广泛的应用前景，具体应用领域如下(1)电极材料优良的导电性能使多孔铜被广泛应用于镍锌电池、双电层电容器等新型电池的电极骨架材料( S. Yamamura, H. Shiota, K. Murakami et al. Evaluation of porosity in porous copper fabricated by unidirectional solidification under pressurized hydrogen . Mater. Sci. Eng. A. 2001 (318) :137-143),目前，多孔铜已获得多家镍锌电池生产厂家试用，并投入批量。使用同时，多孔铜有望作为双电层电容器电极集流体获得推广应用；另外，多孔铜作为电解回收含铜废水的电极材料使用，也具有非常广阔的前景。(2)催化剂载体采用脱合金法制备的纳米多孔材料，具有巨大的比表面积，可以被用作某些催化剂的载体。并且，该方法制备的多孔材料，孔隙排布高度有序，可以保证在不同反应部位的催化剂催化效果一致。(3)导热材料多孔铜具有优良的导热性能，使其成为性能优异的阻燃材料，在国外许多先进的消防器材上获得应用，尤其是作为火焰隔离器材具有优异的效果；另外，人们利用多孔铜优良的导热性能及表观通透性，制作成电机、电器的散热材料。(4)过滤材料优良的结构特性及对人体基本无害的多孔金属铜产品，作为医用过滤材料，也获得了成功的应用；同时，多孔铜在水净化装置中应用也具有较好的前景。已有一些与单片铜基多孔材料相关专利报道，如公开号为CN 1275176A的中国专利介绍了一种可作为锂离子二次电池用集电体使用的在厚度方向上具有可透光性的通孔的铜箔及其制造方法。多孔铜箔的孔隙是通过电析由平面方向的平均粒径为1 50 μ m的铜粒子在平面方向互相结合而形成的。该制造方法是在铝、铝合金、钛或钛合金任一种形成的阴极体表面进行铜的电析，使铜粒子生长，从而形成该多孔铜箔。但是该方法，制备的多孔铜箔孔隙大小不均勻，并且在从鼓状阴极体剥离过程中，多孔铜箔的形状及孔隙容易变形。公开号为CN101740761A的中国专利介绍了一种多孔铜带及其应用，这种多孔铜带小孔纵向成组分布，外表面涂覆有铅、锡或锌图层，或铅、锡、锌中两种金属的合金图层。 这种多孔铜带负极极板的碱性二次镍锌电池，在大功率放电时，循环次数可增加30%以上。 但是该方法采用铜带机械冲压穿孔，孔的大小及分布受到钻头大小的限制，并且收到机械冲压后，铜带存在内应力，材料的强度也会受到影响。公开号为CN101499531A的中国专利介绍了一种电池用多孔铜带及其制备方法， 该方法制备的多孔铜带表面覆有金属锡过度层和微粒层，具有三维结构，采用在电镀锡溶液中加入微粒的符合电镀方法在铜带表面覆上微粒层，增大了镀锡铜箔的有效比表面积， 从而有效增大了载体材料与电池活性物质的附着面积并提高了结合力。该方法与公开号为 CN101740761A的中国专利一样，采用专用模具对铜箔进行冲孔，形成铜带多孔材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有铜基多孔材料制备方法的不足，提供一种有序度高、 孔隙尺寸及分布可控的高度有序的单片铜基多孔材料及其制备方法。所述高度有序的单片铜基多孔材料的原料按原子比为CU5(^5(1_xC0x、Cu50Fe50^xNix 和Cu5QFe5Q_xMnx进行配料，其中χ = 1 20at. %。所述高度有序的单片铜基多孔材料的制备方法包括以下步骤1)将配好的合金在电弧熔炼炉中熔炼，熔炼过程中开启磁搅拌按钮，使合金熔炼均勻，合金随炉冷却；2)采用线切割机将熔炼好的Cu-Fe-X体系合金切成薄片，将薄片抛光后，进行热处理，使合金达到相平衡状态，最后淬火，其中X = Co, Ni, Mn；3)将热处理后的试样在盐酸溶液中预处理；4)将预处理后的试样放置在电化学工作站下，进行电化学腐蚀处理，合金接直流电源正极，纯铜接直流电源负极；5)采用硫酸溶液作为电解液，电解液置于可流动的电化学装置中，将电化学腐蚀后的合金在丙酮溶液中清洗，然后吹干，即得高度有序的单片铜基多孔材料。在步骤2)中，所述薄片的厚度可为0. 4 0. 6mm ；所述热处理的温度可为800 1000°c，热处理的时间可为1 2周。在步骤幻中，所述盐酸溶液的浓度可为0. 5 0. 7mol/L，所述预处理的时间可为 20 50min。在步骤4)中，所述电化学腐蚀处理的外加电源电压可为2. 8 3. 2V。在步骤5)中，所述硫酸溶液的浓度可为1. 84mol/L，所述电化学腐蚀的时间可为 12h。本专利技术中，通过调控热处理温度及保温时间，改变合金组织中相的大小，从而控制孔隙的大小；通过调节腐蚀时间，实现薄带通透性的控制。在Cu-Fe 二元相图中，Cu与！^两种元素互不相容，具有fee两相分离的性质(参见文献 C. P. Wang, X. J. Liu, I. Ohnuma, R. Kainuma and K. Ishida. "Formation of Immiscible Alloy Powders with Egg-type Microstructure，，，Science, Vol. 297 (2002), 990-99；3)。通过向Cu-i^e 二元合金中添加少量的Co、Ni、Mn等元素，可以在更大的温度范围内(800°C 1100°C )，获得富Cu相(feel)与富狗相(fcc2)两相分离的组织(参见文献 C. P. Wang,X. J. Liu, I. Ohnuma, R. Kainuma,K. Ishida. Phase Equilibria in Fe-Cu-X(X Co, Cr, Si,V)Ternary Systems,Journal of Phase Equilibria,Vol. 23(本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种高度有序的单片铜基多孔材料，其特征在于其原料按原子比为Ｃｕ５０Ｆｅ５０－ｘＣｏｘ、Ｃｕ５０Ｆｅ５０－ｘＮｉｘ和Ｃｕ５０Ｆｅ５０－ｘＭｎｘ进行配料，其中ｘ＝１～２０ａｔ．％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王翠萍，怀震，刘兴军，张锦彬，黄艺雄，施展，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92
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