本文關(guān)鍵詞： 納米多孔鎂 鎂納米顆粒 鎂納米線 物理氣相沉積法　出處：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：納米多孔金屬材料是一種新型的功能材料,因?yàn)槠洫?dú)特的雙連續(xù)“骨架-孔隙”納米結(jié)構(gòu)而具有了許多特殊的性能,在傳感探測(cè)、催化和能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域均有著極大的應(yīng)用價(jià)值。但是目前對(duì)于納米多孔金屬材料的研究主要集中在化學(xué)穩(wěn)定性較高的金屬,對(duì)于活潑的金屬材料,如納米多孔金屬M(fèi)g,其制備及表征目前尚缺乏系統(tǒng)的研究。因此,本文展開了對(duì)活潑金屬納米多孔Mg的制備、表征及電化學(xué)性能研究。傳統(tǒng)納米多孔金屬材料的制備方法一般分為模板法和去合金化法,分別利用了電化學(xué)還原和電化學(xué)腐蝕等原理。但是作為活潑金屬,Mg很容易被腐蝕,所以采用電化學(xué)還原和電化學(xué)腐蝕方法均不適合于納米多孔Mg的制備。因此本文擬探索采用氣相沉積法來(lái)制備納米多孔Mg。利用氣相沉積法,本文首先制備出了Mg納米顆粒。其制備工藝為在500～600 ℃、80～120 cm3·min-1的Ar氣氛下蒸發(fā)Mg粉,在水冷銅箔基底上沉積。得到的Mg納米顆粒的粒徑為10～50 nm。其次,通過(guò)控制蒸發(fā)溫度、氣氛濃度及沉積基底等參數(shù),成功制備出了Mg納米線,其制備工藝為在高真空下蒸發(fā)Mg粉在不銹鋼網(wǎng)基底上沉積。得到的Mg納米線的直徑約75 nm,長(zhǎng)度約1.25 μm。結(jié)果表明,真空度對(duì)Mg納米線的形成有著決定性的影響。同時(shí),隨著蒸發(fā)溫度的升高和沉積位置的遠(yuǎn)離,Mg納米線變粗變長(zhǎng),最終轉(zhuǎn)變?yōu)镸g微米顆粒。利用鍵長(zhǎng)-結(jié)合能理論對(duì)Mg納米線的形成過(guò)程進(jìn)行了解釋,并提出了其沿著[1 1-20]晶體學(xué)方向‘生長(zhǎng)的生長(zhǎng)機(jī)制。在Mg納米顆粒和Mg納米線的制備工藝基礎(chǔ)上,通過(guò)改變沉積模式,本文首次制備出了蜂窩狀納米多孔Mg。其制備工藝為在垂直模式下,在真空度10-1Pa,蒸發(fā)溫度500℃條件下蒸發(fā)Mg粉,在高度11 cm的不銹鋼網(wǎng)基底上沉積。得到的蜂窩狀納米多孔Mg由柱狀晶構(gòu)成,其柱狀晶底部呈輻射狀形態(tài),迎著氣流方向以層狀模式生長(zhǎng),并在其頂部形成形狀規(guī)則孔徑120～380 nm的納米孔。柱狀晶在生長(zhǎng)過(guò)程中具有擇優(yōu)取向,為Mg晶體的[0001]方向。利用同步輻射微米成像、同步輻射納米成像及3D-FIB等先進(jìn)表征技術(shù)對(duì)蜂窩狀納米多孔 Mg的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部存在三個(gè)級(jí)別的孔隙,分別為孔徑2.5～3.0μm的微米孔、孔徑280～475 nm的納米孔和孔徑110 nm的納米孔,相應(yīng)的孔隙率計(jì)算值分別為11.9～18.6%、6.5～10.5%以及2.1%。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出了空位輔助原于沉積機(jī)制,對(duì)蜂窩狀納米多孔Mg的形成過(guò)程進(jìn)行了解釋：Mg蒸氣中存在著大量的Mg原子及Mg原子團(tuán),這些Mg原子及Mg原子團(tuán)在凝華為固態(tài)Mg晶體時(shí),由于Mg蒸氣中存在大量的空位,使得生成的Mg晶體中出現(xiàn)大量空洞,并且Mg晶體生長(zhǎng)具有顯著的擇優(yōu)取向,從而形成具有一定取向的納米多孔Mg柱狀結(jié)構(gòu)。在蜂窩狀納米多孔Mg制備基礎(chǔ)上,通過(guò)添加輔助氣體,成功制備出了羽毛狀納米多孔Mg。其制備工藝為在3 Pa乙醇蒸氣、550℃蒸發(fā)溫度條件下蒸發(fā)Mg粉,在高度12 cm不銹鋼網(wǎng)基底上沉積。生成的產(chǎn)物低倍下呈現(xiàn)多孔的特征,孔徑約3.3-9.4 gm,而在高倍下呈現(xiàn)羽毛狀納米結(jié)構(gòu)的特征,利用同步輻射納米成像及3D-FIB對(duì)羽毛狀納米多孔Mg的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,其內(nèi)部存在兩種級(jí)別的孔隙,分別為孔徑1.33μm的微米孔和孔徑為385 nm的納米孔,其相應(yīng)的孔隙率計(jì)算值分別為72%和80%。最后,對(duì)蜂窩狀納米多孔Mg和羽毛狀納米多孔Mg的電化學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明,在NaCl溶液中,蜂窩狀納米多孔Mg和羽毛狀納米多孔Mg具有較低的電極電勢(shì),分別為-1.4 V和-1.55 V,且具有極為優(yōu)異的析氫性能。本文的研究對(duì)納米多孔金屬材料和納米結(jié)構(gòu)Mg材料的發(fā)展與應(yīng)用具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
[Abstract]:In this paper , the preparation , characterization and electrochemical properties of Mg nanowires are studied . On the basis of the experimental results , a large amount of Mg atoms and Mg atoms in Mg vapor have been prepared . The results show that there are a large amount of Mg atoms and Mg atoms in Mg vapor .

【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG146.22;TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 Jie Cui;Hui Wang;Da-Lin Sun;Qing-An Zhang;Min Zhu;;Realizing nano-confinement of magnesium for hydrogen storage using vapour transport deposition[J];Rare Metals;2016年05期

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本文編號(hào)：1478427