發(fā)布時間：2017-09-06 22:33

  本文關(guān)鍵詞：Cu-Zr二元合金體系的脫合金研究

  更多相關(guān)文章： Cu-Zr二元合金 脫合金 納米多孔 結(jié)構(gòu)弛豫 SERS

【摘要】：堿性染料的廣泛使用已造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,可以使用表面增強(qiáng)拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering,簡稱SERS)來檢測,納米多孔貨幣金屬可以作為SERS的活性基底。銅作為一種較為廉價的貨幣金屬,在SERS活性基底上具有非常大的應(yīng)用潛力。脫合金法是制備納米多孔銅的一種簡便可行的方法,且納米多孔結(jié)構(gòu)的孔隙隨脫合金條件動態(tài)可調(diào)。本論文采用真空電弧熔煉爐制備出CuxZr100-x(x=10,30,50,64.5,80)晶態(tài)合金鑄錠,用甩帶法制備出Cu65.5Zr35.5的非晶合金條帶,借助X射線衍射儀、X射線能譜儀及掃描電子顯微鏡等測試手段對脫合金前后的結(jié)構(gòu)、成分和形貌進(jìn)行分析,研究了前驅(qū)體成分、結(jié)構(gòu)及脫合金條件對脫合金過程的影響,并探討了納米多孔銅的孔徑對表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明:Zr原子在不同濃度下的HCl和HF中的溶解行為是決定脫合金的形貌的主要原因。濃度不高于0.25 mol·L-1的HF對Cu_(64.5)Zr_(35.5)非晶合金條帶進(jìn)行脫合金有利于制備出孔隙-紐帶雙連續(xù)的納米多孔銅,在0.025 mol·L-1的HF作用下,納米多孔銅的孔徑尺寸在20到170 nm之間。脫合金形貌對溫度敏感,而對晶體結(jié)構(gòu)不敏感。脫合金溫度通過影響擴(kuò)散速率,進(jìn)而對脫合金形貌有重要影響,溫度越高,脫合金進(jìn)程越快。非晶態(tài)和晶態(tài)的Cu_(64.5)Zr_(35.5)合金在相同條件下脫合金腐蝕,脫合金形貌差異不大。在250°C保溫0.5 h到2 h退火使Cu_(64.5)Zr_(35.5)非晶合金條帶發(fā)生不同程度的結(jié)構(gòu)弛豫,而不會改變其非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)弛豫會影響非晶合金內(nèi)部的原子排列狀況,降低體系能量及條帶的內(nèi)應(yīng)力,從而降低納米多孔結(jié)構(gòu)的形成速率,影響脫合金形貌。Cu_(64.5)Zr_(35.5)非晶合金條帶的晶化激活能約為130 kJ·mol-1,熱力學(xué)穩(wěn)定性較差,會出現(xiàn)氧化-晶化現(xiàn)象。在250°C退火可以提高晶化激活能到500-600 kJ·mol-1,從而提高其熱力學(xué)穩(wěn)定性,且隨著退火時間的延長,晶化的程度變小。用0.025 mol·L-1的HF對經(jīng)過氧化-晶化后的條帶進(jìn)行脫合金,可以制備出覆著規(guī)則晶粒的雙連續(xù)納米多孔結(jié)構(gòu)。對于晶態(tài)Cu-Zr二元合金體系,用0.5 mol·L-1的HF脫合金腐蝕4 min,隨著Cu含量增加,表面生成的截頂端多面體銅和銅的氧化物顆粒尺寸變大;而用0.025 mol·L-1的HF腐蝕4 h,惰性原子Cu的含量不超過80%的Cu-Zr合金均可以制備出雙連續(xù)的納米多孔銅結(jié)構(gòu)。納米多孔銅具有顯著的表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng),主要是由于小孔徑的納米多孔結(jié)構(gòu)提高了局部電磁場的作用。而脫合金后殘留Zr降低SERS效應(yīng),兩者的競爭關(guān)系導(dǎo)致以非晶合金為前驅(qū)體制備的納米多孔銅的孔徑為40-50 nm時,拉曼信號最強(qiáng)。
【關(guān)鍵詞】：Cu-Zr二元合金 脫合金 納米多孔 結(jié)構(gòu)弛豫 SERS
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG139.8
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 多孔材料10-12
• 1.1.1 多孔材料的簡介10-11
• 1.1.2 多孔材料的分類11-12
• 1.2 納米多孔材料12-13
• 1.3 納米多孔金屬的研究進(jìn)展13-16
• 1.3.1 納米多孔貴金屬13-14
• 1.3.2 納米多孔銅14-16
• 1.4 納米多孔金屬的制備方法16-18
• 1.4.1 模板法16-17
• 1.4.2 脫合金法17-18
• 1.5 以非晶態(tài)合金為前驅(qū)體脫合金法制備納米多孔銅18-21
• 1.5.1 非晶態(tài)合金簡介18-19
• 1.5.2 非晶態(tài)合金和脫合金法19-21
• 1.6 研究意義與內(nèi)容21-23
• 第2章 實(shí)驗方法23-27
• 2.1 實(shí)驗材料與儀器23-24
• 2.1.1 實(shí)驗材料23
• 2.1.2 實(shí)驗儀器23-24
• 2.2 非晶合金樣品的制備24-25
• 2.2.1 母合金熔煉24-25
• 2.2.2 非晶合金條帶樣品的制備25
• 2.3 測試方法25-27
• 2.3.1 X射線衍射分析25
• 2.3.2 差示掃描量熱分析25-26
• 2.3.3 掃描電子顯微鏡26
• 2.3.4 X射線能譜儀26
• 2.3.5 比表面積及孔徑分析儀26
• 2.3.6 激光共聚焦拉曼光譜儀26-27
• 第3章 非晶態(tài)Cu-Zr二元合金的脫合金研究27-57
• 3.1 引言27
• 3.2 前驅(qū)體Cu_(64.5)Zr_(35.5)非晶合金條帶的結(jié)構(gòu)分析27-29
• 3.3 實(shí)驗方法29-30
• 3.4 腐蝕液種類及濃度對脫合金的影響30-41
• 3.4.1 不同濃度HCl對脫合金的影響30-35
• 3.4.2 不同濃度HF對脫合金的影響35-40
• 3.4.3 討論40-41
• 3.5 腐蝕時間對脫合金形貌的影響41-52
• 3.5.1 利用FFT表征納米多孔銅的特征尺寸46-48
• 3.5.2 脫合金時間與孔徑尺寸的關(guān)系48-52
• 3.6 溫度對脫合金形貌的影響52-54
• 3.7 晶體結(jié)構(gòu)對脫合金形貌的影響54-56
• 3.8 本章小結(jié)56-57
• 第4章 結(jié)構(gòu)弛豫對非晶態(tài)Cu-Zr二元合金脫合金的影響57-75
• 4.1 引言57
• 4.2 實(shí)驗方法57-58
• 4.3 Cu_(64.5)Zr_(35.5)非晶合金條帶熱穩(wěn)定性研究58-63
• 4.3.1 結(jié)構(gòu)弛豫對Cu_(64.5)Zr_(35.5)非晶合金條帶結(jié)構(gòu)的影響59-60
• 4.3.2 結(jié)構(gòu)弛豫對Cu_(64.5)Zr_(35.5)非晶合金條帶結(jié)晶行為的影響60-63
• 4.4 腐蝕時間對脫合金形貌的影響63-64
• 4.5 結(jié)構(gòu)弛豫程度對脫合金形貌的影響64-66
• 4.6 Cu_(64.5)Zr_(35.5)非晶合金條帶的室溫長期晶化過程中的氧化66-70
• 4.7 室溫氧化-晶化后Cu_(64.5)Zr_(35.5)非晶合金條帶的脫合金研究70-74
• 4.7.1 原始條帶氧化-晶化后的脫合金形貌70-71
• 4.7.2 保溫 2 h退火條帶氧化-晶化后的脫合金形貌71-73
• 4.7.3 討論73-74
• 4.8 本章小結(jié)74-75
• 第5章 晶態(tài)Cu-Zr二元合金的脫合金研究75-87
• 5.1 引言75-76
• 5.2 實(shí)驗方法76
• 5.3 前驅(qū)體晶態(tài)Cu-Zr合金的表征76-79
• 5.4 成分對脫合金形貌的影響79-86
• 5.4.1 0.5 mol·L~(-1)的HF中成分對脫合金的影響79-82
• 5.4.2 0.025 mol·L~(-1)的HF中成分對脫合金的影響82-86
• 5.5 本章小結(jié)86-87
• 第6章 納米多孔銅的表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)效應(yīng)87-92
• 6.1 引言87
• 6.2 實(shí)驗方法87-88
• 6.3 非晶態(tài)合金脫合金后的SERS效應(yīng)88-90
• 6.4 晶態(tài)合金脫合金后的SERS效應(yīng)90-91
• 6.5 本章小結(jié)91-92
• 第7章 結(jié)論92-94
• 參考文獻(xiàn)94-100
• 致謝100

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：805832