本文關(guān)鍵詞： 非晶合金 模壓熱塑性成型 脫合金 微納結(jié)構(gòu)　出處：《清華大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：金屬微納結(jié)構(gòu)在催化、傳感、檢測(cè)和光學(xué)器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。非晶合金因具有優(yōu)異的熱塑性成型能力和結(jié)構(gòu)均勻特性,非常適宜于作為制備金屬微納結(jié)構(gòu)的前驅(qū)材料。但現(xiàn)有的成型技術(shù)難以獲得均勻的、大面積非晶合金微納米結(jié)構(gòu)。因此研究新的非晶合金微納米結(jié)構(gòu)成型方法,研究新型成型性能優(yōu)異的非晶合金和擴(kuò)展非晶合金微納結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。本文在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上提出了非晶合金模壓熱塑性成型方法,開發(fā)出非晶合金模壓熱塑性成型技術(shù)工藝。ANSYS定性模擬仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果均表明,非晶合金模壓熱塑性成型技術(shù)能夠消除傳統(tǒng)自由壓印熱塑性成型中存在的壓印熱塑性成型后微結(jié)構(gòu)不均勻的缺陷,制備出面積大、均勻性好的非晶合金微納結(jié)構(gòu)。與此同時(shí),在前人的基礎(chǔ)上得到了模壓熱塑性成型過程中的動(dòng)力學(xué)充型公式,該公式預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。采用開發(fā)的模壓熱塑性成型工藝,制備出了面積大、尺寸均勻的Pd40.5Ni40.5P19非晶態(tài)及晶態(tài)納米線陣列,陣列中納米線直徑約為55 nm,長(zhǎng)度可調(diào)。揭示了模壓熱塑性成型參數(shù)對(duì)納米線陣列形貌和結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律以及納米線晶化機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了納米線形貌和結(jié)構(gòu)的可控制備。發(fā)現(xiàn)提高成型溫度、成型壓力和增加成型時(shí)間可增加納米線長(zhǎng)度。將制備的聚集型Pd40.5Ni40.5P19非晶合金納米線陣列具有強(qiáng)的表面拉曼增強(qiáng)效應(yīng),同時(shí)獲得了較大的增強(qiáng)因子和很好的空間重復(fù)性,為制備高空間重復(fù)性的表面拉曼增強(qiáng)基底提供了新的思路。研發(fā)出成本低、非晶形成能力大、熱塑性成型能力優(yōu)異和綜合力學(xué)性能好的Ni62Pd19Si2P17非晶合金,其臨界尺寸達(dá)11 mm以上。模壓熱塑性成型制備的Ni62Pd19Si2P17復(fù)雜微米結(jié)構(gòu)具有成型精度高的特征,并可作為模具熱壓印成型制備有機(jī)玻璃等塑料和冷壓印成型制備純銅、純鋁和不銹鋼等金屬的復(fù)雜微米結(jié)構(gòu)。Ni62Pd19Si2P17非晶合金可通過電化學(xué)脫合金獲得表面納米多孔結(jié)構(gòu),Zr48Cu36Ag8Al8非晶合金薄帶和Zr-Cu-Ag-Al-O非晶態(tài)/晶態(tài)復(fù)合材料薄帶可通過化學(xué)脫合金方法制備得到多種形態(tài)和結(jié)構(gòu)的納米多孔結(jié)構(gòu)。通過將模壓熱塑性成型技術(shù)和脫合金方法相結(jié)合,制備出了基于Ni62Pd19Si2P17和Zr48Cu36Ag8Al8非晶合金的微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[Abstract]:Metal nanostructures have broad application prospects in the fields of catalysis, sensing, detection and optical devices. Amorphous alloys have excellent thermoplastic forming ability and uniform structure. It is very suitable to be used as the precursor material for the preparation of metal micro-nano structure. However, the existing molding technology is difficult to obtain uniform, large-area amorphous alloy micro-nano structure. Therefore, a new forming method of amorphous alloy micro-nano structure is studied. It is of great significance to study the application fields of new amorphous alloys and extended amorphous alloys with excellent forming properties. Based on the experimental study, a method of moulded thermoplastic forming of amorphous alloys is proposed. The process of moulding thermoplastic forming of amorphous alloy is developed. The qualitative simulation results and experimental results of ANSYS show that, The immolded thermoplastic forming technology of amorphous alloy can eliminate the defects of non-uniform microstructure in traditional free imprint thermoplastic forming, and produce amorphous alloy micro-nano structure with large area and good homogeneity, at the same time, On the basis of the former, the dynamic filling formula in the process of moulding thermoplastic forming is obtained, and the prediction results are in agreement with the experimental results. A large area has been prepared by using the developed moulding thermoplastic forming technology. The Pd40.5Ni40.5P19 amorphous and crystalline nanowire arrays with uniform size are about 55nm in diameter and adjustable in length. The effect of molding parameters on the morphology and structure of nanowire arrays and the crystallization mechanism of nanowires are revealed. It is found that the length of nanowires can be increased by increasing the molding temperature, forming pressure and forming time. The synthesized Pd40.5Ni40.5P19 amorphous alloy nanowire arrays have strong surface Raman enhancement effect. At the same time, large enhancement factors and good spatial repeatability are obtained, which provides a new idea for the preparation of surface-Raman enhanced substrates with high spatial repeatability. The critical size of Ni62Pd19Si2P17 amorphous alloy with excellent thermoplastic forming ability and good comprehensive mechanical properties is more than 11 mm. The complex micron structure of Ni62Pd19Si2P17 prepared by thermoplastic molding has the characteristics of high forming precision. And can be used as mould hot stamping to prepare plastic such as plexiglass and cold stamping to prepare pure copper. Complex micron structure of pure aluminum and stainless steel. Ni62Pd19Si2P17 amorphous alloy can be chemically dealloyed by electrochemical dealloying of nano-porous Zr48Cu36Ag8Al8 amorphous alloy strip and Zr-Cu-Ag-Al-O amorphous / crystalline composite strip. Nano-porous structures with various shapes and structures were prepared by the method. The thermoplastic molding technology was combined with the dealloying method. Micro and nano composite structures based on Ni62Pd19Si2P17 and Zr48Cu36Ag8Al8 amorphous alloys were prepared.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG139.8

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本文編號(hào)：1548030