多孔铜的制备与其与高氯酸铵的反应机理分析

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1、1绪论硕士论文作温度高、压力大、腐蚀性气体含量高，这些十分恶劣复杂的工作条件下既要耐燃烧气体的腐蚀以及耐高温与耐高压，又要要求在动态载荷下抗中毒等。因此，高性能多孔金属材料在现代煤炭工业中无疑是举足轻重的关键性材料。燃料电池：燃料电池是由外部供给燃料或氧化剂，用多孔材料作电极，在电解质中将化学能直接转化为电能的装置。多孔金属材料不仅是电的良好导体，而且比表面积大，孔径分布范围窄，电极效率高，还可焊接加工，形成大面积平板式、经典圆管式以及叠层波纹板式结构，提高电极有效面积和单位面积的电流密度。因此多孔金属材料是燃料电

2、池相当理想的电极材料。泡沫镍就是制造镉．镍电池和氢．镍电池的最佳电极材料之一，用电沉积技术制备泡沫镍的工艺，大量用于制造燃料电池的电极材料。高温气体净化：用作高温气体除尘的材料主要有多孔陶瓷材料和多孔金属材料，其中多孔陶瓷材料具有优良的热化学稳定性，且在高温环境以及氧化还原过程中具有很好的抗腐蚀性，但受限于质体脆性和较差的抗热震性。相比较而言，具有很好抗热震性的金属多孔材料如FeCrAl、FeAl金属间化合物性能更加优越，更适合用作高温过滤材料，在催化剂载体和汽车尾气净化等方面应用广泛。热管技术：热管是一种具有很高

3、传热性能和优良等温性能的元件，还具有热流方向酌可逆性、热流密度可变性、可远距离传热以及可控制温度等优点。与传统的金属散热器相比较，热管具备低噪声、高效能的相对技术优势，成为环保型散热技术的典型代表。因此自诞生之日起即应用于宇航航空和军事工业等高精尖行业，而今在交通、机械、冶金、化工、医学等行业的应用前景也是十分广阔的【7嗡j。1．2多孔铜的制备工艺多孑L金属材料主要有多孔粉末烧结材料、多孔金属纤维材料、多孔纳米金属材料、多孔复合金属材料、多孔藕状金属材料、泡沫金属材料以及多孔金属膜等若干大类，其制备方法也是各具特点

4、的。多孔铜的制备方法多种多样，不同的制备方法与条件可以制备不同结构的多孔铜。目前使用研究最多的方法是模板法、粉末冶金法、熔体凝固法、溅射法、去合金化法【9J等。1．2．1模板法制备多孔铜的模板主要有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、多孔阳极氧化铝(AAO)、硅及高分子微球等。多孔阳极氧化铝膜【1o]具有非常规则的纳米孑L洞结构，孔径大小分布均匀并且排列规则有序，孔径在10．200nm之间可控，通过在AAO膜的孔洞中组装不同金属和半导体的纳米丝，可制备高密度磁记录介质、电致变色及发光显示器件、功能电极及

5、光学器件。将制作好的AAO模板在真空镀膜机中蒸镀金属铜，然后用机械方法进行铜膜的剥离，即可得到铜的孔洞阵列结构。但此方法得到的金属膜’硕士论文多孔铜的制各及其与高氯酸铵的反应机理研究化学稳定性和热稳定性差，容易脆裂。1．2．2粉末冶金法粉末冶金法可以制备出构型更为灵活、基体更为多样化的多孔金属，特别通过添加造孔剂等手段可以制备孔隙率高达90％的泡沫金属，而且这种方法不仅可以制备多孔金属薄膜，还可以制备厚的多孔金属体。徐卫东⋯】将粒径为20岬的球形铜粉末与尿素颗粒按一定比例混合，用圆柱形不锈钢模具压实后放入管式电炉里

6、烧结，可以获得具有开孑L结构，孔隙率60％．80％，孔径为100．400肛m的多孔铜。该多孔铜的屈服强度为1-5MPa，结构稳定。1．2．3熔体凝固法熔体凝固法是利用液态金属获得多孔金属的一类方法，此类方法适合制备熔点较低的金属或合金。通过熔体发泡或气体注入的方法往熔体中引入气体，利用气体在熔体中规则或不规则的扩散形成各种结构的多孔结构。陈文革【挖]等将纯金属铜在真空炉中熔化，然后在一定压力下通入氢气，使氢气充分溶于铜熔体中。控制相关冷却装置，在高压力下使氢气按一定方向析出，与此同时铜也按一定方向凝固，并使其发生共

7、晶转化，从而得到含有比较规则排列气孔的多孔铜材料。通过这种方法制成的材料具有沿凝固方向生长的细长孔隙。1．3氢气泡模板法及其优缺点铜沉积技术主要包括化学气相沉积法、物理气相沉积法、电化学沉积法等方法。其中电化学沉积法技术简单，能够简单方便的生成和消除模板，沉积速率快，成本低，且对环境无污染，制备出的多孔铜薄膜孔洞均匀且贯通，孔隙率高，具有三维网络结构，是目前应用最为广泛的技术。氢气泡模板法以氢气为动力学模板，一方面需抑制氢气泡的聚合，得到孔径较小的多孔结构，另一方面又可利用氢气泡向阳极运动过程中的凝聚反应来形成表面

8、大孔下有几个小孔的锥形孔道或梯度结构，这种结构有利于装填含能材料并能很好的与之接触，实现复合材料的改性研究。氢气泡模板法简单易行，但要制备出质量较高的多孔铜薄膜容易受多方面因素的影响，主要有制备的温度，溶液的浓度，支持电解质的浓度，以及添加剂的浓度等。1．4内嵌氧化剂复合含能材料研究现状内嵌氧化剂复合含能材料是多孔金属在含能材料领域发展的一个热门方向。当多孔