泡沫金纳米孔结构的定量表征及演变研究

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1、山东理T人学硕Ij学位论文摘要摘要纳米孔泡沫金具有独特的物理、化学和力学性能，具有很大的应用潜力。泡沫金属材料中孔和孔壁的结构决定着其性能，因此纳米孔泡沫金孔结构的定量表征和可控制备及演化研究具有重要意义。基于纳米孔泡沫材料的特点，建立了扫描电镜图像分析测定孔结构参数的方法。对图像放大倍率、图像灰度阈值、背底校正和图像过滤方法等进行了考察。建立了将孔壁分割为“纳米颗粒串”，从而测定颗粒大小代表网状孔壁的厚度的新方法。为了定量表征孔结构的大小和形状，设定了孔直径、孔面积、孔率、孔密度、孔圆度、孔长宽比等孔大小和形状参数，孔壁厚度、孔壁面积、单位面积内孔壁的面积比等孔壁参数。

2、设计宏程序实现了多幅图像的半自动化快速检测，测定和计算的大小参数的相对标准偏差不大于4％，形状参数的相对标准偏差不大于5％。采用金银合金自由腐蚀及电化学腐蚀法成功制备出孔径lOnto左右的纳米孔泡沫金。在定量表征孔结构的基础上，考察了电化学腐蚀时间，退火温度及试剂处理对孔和孔壁的大小和形状的影响。发现在电化学腐蚀235s之前孔径大小、壁厚尺寸均逐渐增大，孔密度减少，235s之后孔径大小、壁厚尺寸均逐渐减小，孔密度增大；整个电化学腐蚀过程中，孔率呈增大趋势，孔壁面积和银含量逐渐减少，电流呈先增大后减少的态势。腐蚀过程中，金原子可能在界面应力的作用下进行迁移和重排等自组装。首

3、次采用准原位的扫描电镜观察法，对孔径为10nto左右的泡沫金，依次在150℃、300℃和450℃下进行退火研究。发现孔径和壁厚随温度的升高而持续增大，孔率和孔密度逐渐减少，孔的凹面度和长宽比整体呈增加趋势，圆度递减。发现了1Onto左右的泡沫金在乙醇溶液中有粗化现象，可能是由于羟基与金发生相互作用，从而促使金原子发生了自组装。酸溶液的强度不同对纳米孔泡沫金的影响强弱不同，但都起到了粗化作用。关键词：纳米孔泡沫金；孔结构参数；图像分析；扫描电镜；孔结构的演变山东理T大学硕}j学位论文Abstract曼曼曼曼曼曼量曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼量曼I_I皇!曼

4、曼曼曼!曼曼曼量曼曼曼量曼皇曼曼曼皇曼!量AbstractNanoporousmetalfoamshavemanynovelphysical，chemicalandmechanicalproperties，whichmakesthemidealcandidatesformanytechnologicalapplications．Theporeandligamentstructurearecloselyrelatedtoitspreparationconditions，andarethekeyparameterstodecidetheproperties．Thestudyo

5、ncontrollablepreparationandevolutionofnanoporousgoldfoambasedonquantitativecharacterizationoftheirsponge-likestructureisofgreatsignificance．Baseonscanningelectronmicroscopicimageanalysis，anewmethodwasdevelopedtoanalyzethesponge-likestructurequantitatively．Theimagemagnification，imagegrayle

6、velthreshold，backgroundcorrectionandimagefilteringmethodsareinvestigated．Ligamentswereseparatedintoastringofnanometerparticlesbyanimagesplittechnique．Thesizedistributionofthesenanometerparticlesisequivalenttoligamentwidthdistribution．Tocharacterizethesizeandshapeofthesponge·likestructure，

7、manyparametersaredefined，suchasporediameter，porearea，porosity,poredensity,poreroundness，poreaspectandligamentwidth，ligamentarea，theligamentarearatioperunitareaandSOon．Amacroprogramofimageprocessingandmeasurementwasdesigned．Byrunningit，manyimagescanbeprocessedsemi—au