[发明专利]一种Cu-Li非晶合金及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种Cu‑Li非晶合金及其制备方法和应用，其化学式为CuLi_x，其中，0.2≤x≤0.5。其制备方法包括：分别将表面具有氧化锂层的金属锂和氧化铜纳米线固定在透射电镜样品杆的两端；施加电压使锂离子在电场的驱动下向氧化铜纳米线迁移，从而使氧化铜发生电化学锂化，生成Cu纳米晶体；继续施加电压，驱动锂离子向Cu纳米晶体方向迁移，Cu纳米晶体发生电化学锂化后即生成Cu‑Li非晶合金。该非晶合金作为一种新型的轻质合金，具有轻质合金所具有的低密度的特点，而且具有优良的低温性能，同时在力学性能方面具有卓越的超塑成形性能，因此，在军用航天工业方面具有很大的应用前景，还可用于制造在极低温条件下工作的元器件。

技术领域

本发明属于在透射电镜中的非常规材料制备领域，具体涉及在透射电镜中原位制备互不固溶体系CuLi_x非晶合金的方法。

背景技术

由于人类社会的发展和科技的进步对材料性能的要求越来越高，通过传统方法制备平衡相图中存在的平衡相和化合物构成的材料已经远不能满足需要。在此背景下，亚稳态的非晶材料凭借自身独特的电学、磁学、力学等性能受到越来越多的关注和研究。

金属Cu作为一种广泛应用的金属材料而金属Li作为最轻的金属材料，二者形成的非晶合金材料所呈现出的性质备受期待。然而由于Cu、Li这两种元素之间的固溶度极低，几乎为零，在热力学平衡相图上没有化合相存在，并且Cu-Li体系具有的混合热接近为零，所以Cu-Li体系被认为是一种互不固溶体系。

对于互不固溶体系，要想使两元素之间发生电化学合金非晶化，就需要从提高体系初始态的能量入手，使体系初始态的能量大于形成亚稳态非晶合金的能量，同时在动力学上提高物质的反应活性，促使两互不固溶元素之间发生电化学合金化。基于这种思路，一些二元互不固溶体系的电化学固态非晶化得以实现。

例如，对于互不固溶的Au-La二元体系，通过将制备的极薄的Au/La交替多层膜在一定温度下退火，可以实现将多层膜由晶态转变为非晶态。此外，当将互不固溶的Cu、Ta的颗粒混合进行充分的机械研磨后，可得到单一的非晶相。这些方法通过引入多层膜的界面能或者研磨后颗粒的表面能的增加，将体系的初始能量抬高至非晶态能量之上，从而为固态非晶化反应提供驱动力。

对于Cu-Li体系而言，由于金属Li极高的活泼性，用传统的机械研磨或者多层膜界面法很难操作，因此要想实现Cu-Li二者之间的固态反应非晶化具有一定的挑战性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种互不固溶体系CuLi_x非晶合金及其制备方法和应用。本发明的制备方法整个过程在透射电镜中完成，借助于原位电学探针透射电镜能够实现原位的固态电化学反应的同时又具有极高真空的优势，既能克服金属Li活泼性较强难以操控的问题，又能原位实现Cu、Li之间的固态电化学反应，实现常规条件下难以完成的材料合成。

本发明的原理是：由于Cu-Li二元体系是互不固溶体系，二者固溶度极低，在热力学平衡条件下没有化合物相的存在，因此到目前为止CuLi_x非晶合金并没有被研究报道过。要想实现互不固溶体系的固态非晶化反应，就需要将体系初始态的能量提升至非晶态之上。在本发明的方法中，通过将初始的Cu晶粒的尺寸极大的降低，可以大大地增加体系的表面能，同时Li原子是原位电化学生成的，活性处于极大化的状态，在这两个因素的协同作用下，Cu-Li之间的电化学固态非晶化就可以发生，从而生成CuLi_x非晶合金。

本发明提供了一种Cu-Li非晶合金，其化学式为CuLi_x，其中，0.2≤x≤0.5。

本发明还提供了上述Cu-Li非晶合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)分别将表面具有氧化锂层的金属锂和氧化铜纳米线固定在透射电镜样品杆的两端；