[发明专利]一种非晶纳米花材料及其制备方法

说明书

本发明为一种非晶纳米花材料及其制备方法。该材料由非晶纳米球及位于其上的非晶纳米线构成，其中纳米球的直径为50～150nm，纳米线长20～50nm，宽3～8nm；材料元素组成为Y_αTi_βCo_γAl_η，其中，元素组成成分的原子百分数为3.7≤α≤5.1，49.3≤β≤53.4，28.7≤γ≤30.1，13.1≤η≤15.5，且α+β+γ+η＝100；材料比表面积达26.27～88.76m²/g；制备方法以Y₂₈Ti₂₈Co₂₀Al₂₄非晶合金为脱合金前驱体，采用两步自由脱合金的策略，其中经过一次脱合金首先合成非晶纳米球，再通过二次脱合金合成非晶纳米花。本发明解决了目前非晶合金制备工艺复杂，材料三维结构单一，比表面积小，产量低，工艺时间长，不适合规模化生产等不足。

技术领域

本发明涉及非晶材料技术领域，具体地说是一种非晶纳米花材料及其制备方法。

背景技术

非晶合金具有长程无序结构，没有晶态合金的位错、晶界等缺陷存在，从而具备许多独特的物理与化学性质。受纳米效应影响，具有特殊三维结构和纳米尺寸的非晶合金在催化、能源存储等领域有着优秀的应用潜质。然而，当前纳米尺度的非晶合金的制备方法还十分欠缺，已开发出的形貌较少，材料比表面积还较低，这大大影响了该类材料在相关领域的功能化应用进程，因此目前对纳米结构非晶合金的新型制备工艺，以及对纳米尺度非晶合金新的三维结构的开发都迫在眉睫。

在先技术，公开号CN104399978A“一种大尺寸复杂形状多孔非晶合金零件的3D成形方法”，该技术先通过机械合金化制粉结合等离子体球化或雾化制备非晶合金粉末，然后采用选择性激光烧结金属粉末，从而制备大尺寸复杂形状的多孔非晶合金零件。该方法制备技术复杂，设备成本高，工艺时间长，且制备的材料为微米级尺寸，孔隙直径为50～500μm，比表面积较低，无法合成高比表面积纳米尺寸的非晶合金。

在先技术，公开号TW201503877A“多孔非晶质合金人工关节及其制备方法”，该发明首先将微米级非晶粉末与NaCl、CaF₂等水溶性颗粒混合，然后在高温下于100-500MPa下将混合物热压，最后除去水溶性物质，从而得到孔洞大小介于250-350μm的多孔非晶材料，该发明制备过程复杂，对设备、原材料、能源要求较高，工艺时间长，而所得多孔结构尺寸受原材料颗粒影响较大，只能制备出微米级多孔非晶合金，无法制备出高比表面积纳米尺寸的非晶合金。且该工艺方法造成有部分水溶性颗粒残留于非晶粉末中无法除净，对多孔非晶材料后续性能测试将产生负面影响。

在先技术，论文Scripta Materialia 119(2016)47-50公开了一种以铝制空心微球做为占位体制备Zr_41.25Ti_13.75Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5多孔非晶合金的方法。所制备的多孔非晶合金受到占位体尺寸的影响，其孔径大小仅能达到500～600μm，这严重影响了材料的比表面积，且合成的孔结构为闭孔结构，严重影响了材料表面与化学试剂的接触，制约了材料在催化方面的性能。

在先技术，论文Scripta Materialia 55(2006)1063-1066公开了一种Ti基多孔非晶合金的制备方法。该方法应用脱合金技术，在0.1M HNO₃中通过电化学脱合金30min或自由脱合金24h将Y₂₀Ti₃₆Al₂₄Co₂₀双相非晶合金中的富Y相选择性溶解，从而保留富Ti相作为纳米多孔非晶合金骨架。该方法制备的纳米多孔Ti基非晶合金具有典型的双连续多孔结构，但孔隙率较低，作为功能材料的应用受到极大限制。该论文中应用自由脱合金法处理样品时间较长，而电化学脱合金法样品制备量小，均不适用于工业化生产。

发明内容