一種納米孔結構銅/氧化亞銅/氧化銅復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種納米孔結構的銅/氧化亞銅/氧化銅復合材料的制備方法，屬于 納米多孔材料制備技術領域。
【背景技術】
[0002] 納米多孔金屬是一類具有孔洞且孔洞尺寸達到了納米量級的金屬材料，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、模板制備工藝復雜、孔分 布不均勻等缺點限制了模板法的發(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、高導電導熱性、結構靈 活可調(diào)等特點，有望在催化、分離、能源等領域得到廣泛的應用。
[0003] 氧化銅和氧化亞銅是一種很重要的氧化物材料，具有獨特的光學和催化性質(zhì)，而 且無毒性，價格便宜。氧化銅和氧化亞銅在太陽能電池、光催化劑、電極材料、磁存儲、鋰離 子電池、超級電容器等方面具有廣泛的應用前景。

【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晶合金的粉末或者薄片狀前 驅體，然后再對前驅體進行脫合金處理，由此制備出單一金屬的多孔材料。本發(fā)明針對納米 多孔銅材料的應用受到一定限制的情況，提供了一種納米孔結構的銅/氧化亞銅/氧化銅 復合材料的制備技術。在制備普通納米多孔銅的基礎上采用冷壓、高溫合金化、脫合金的方 法，通過控制制備工藝條件，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，又增加了納米孔結構銅氧化物的生成。采用本發(fā)明的制備工藝，操作 簡單且合金成分易于控制，不僅可以獲得納米孔結構，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，材料具有獨特的光學和催化性質(zhì)，制備成本低廉、無毒性。
[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，制備出前驅體，然后在氫氧化鈉溶液中進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構的銅/氧化亞 銅/氧化銅復合材料。
[0006] 本發(fā)明的特點在于： 通過使用冷壓、高溫合金化、脫合金的方法，將銅鋁合金前驅體制備成納米孔結構的銅 /氧化亞銅/氧化銅復合材料，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 的復合材料。結果顯示，該復合材料的納米孔結構均勻、細小，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電性、延展性、比表面積大、生物兼容性 好、化學活性高等性能，可以應用于太陽能電池、光催化劑、電極材料、鋰離子電池、超級電 容器等方面。
[0007] 本發(fā)明材料的前驅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， 再升至一定溫度進行高溫合金化，制備出塊狀前驅體，然后在氫氧化鈉溶液中進行選擇性 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目的銅粉按照預定的原子比混合均 勻，再用液壓機將其壓制成塊狀，所用壓力為300MPa~550MPa，保壓時間為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，保溫時間為 30min~120min，制得塊體的錯銅合金； (3) 在室溫下，將制得的鋁銅合金放入氫氧化鈉溶液中進行選擇性腐蝕，直至無明顯氣 泡冒出后取出，然后清洗、烘干，并測試其比表面積大小。用所得試樣制備超級電容器電極 并在5mV/s的掃描速率下測試其比容量。
【具體實施方式】
[0010] 實施例1 本發(fā)明實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壓制成 塊狀，所用壓力為500MPa，保壓時間為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，保溫時間為 120min，制得錯銅合金； (3) 在常溫下，將制得的鋁銅合金放入濃度為6mol/L氫氧化鈉溶液中進行選擇性腐 蝕，直至無明顯氣泡冒出后取出，然后清洗、烘干，并測試其比表面積。用所得試樣制備超級 電容器電極并在5mV/s的掃描速率下測試其比容量。
[0012] 實驗條件、所得組織相組成、比表面積及其所做電極的比容量數(shù)值見表1。
[0013] 實施例2 本發(fā)明實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壓制成 塊狀，所用壓力為500MPa，保壓時間為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氫氧化鈉溶液中進行選擇性腐 蝕，直至無明顯氣泡冒出后取出，然后清洗、烘干。用所得試樣制備超級電容器電極并在 5mV/s的掃描速率下測試其比容量。
[0015] 實驗條件、所得組織相組成、比表面積及其所做電極的比容量數(shù)值見表1。
[0016] 實施例3 本發(fā)明實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壓制成 塊狀，所用壓力為350MPa，保壓時間為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，保溫時間為 120min，制得錯銅合金； (3) 在室溫下，將制得的鋁銅合金放入濃度為6mol/L氫氧化鈉溶液中進行選擇性腐 蝕，直至無明顯氣泡冒出后取出，然后清洗、烘干，測試其比表面積大小。用所得試樣制備超 級電容器電極并在5mV/s的掃描速率下測試其比容量。
[0018] 實驗條