一种纳米孔结构铜/氧化亚铜/氧化铜复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种纳米孔结构的铜/氧化亚铜/氧化铜复合材料的制备方法，属于 纳米多孔材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002] 纳米多孔金属是一类具有孔洞且孔洞尺寸达到了纳米量级的金属材料，其制备方 法主要有：模板法、斜入射沉积法、纳米粉体烧结法、脱合金法等。利用模板法制备而成的纳 米多孔金属孔径尺寸的大小和孔的分布排列都是由模板确定的、模板制备工艺复杂、孔分 布不均匀等缺点限制了模板法的发展。利用脱合金法制备的纳米多孔金属是近十年发展起 来的一类新型功能纳米材料，它具有高比表面积、低密度、高通透性、高导电导热性、结构灵 活可调等特点，有望在催化、分离、能源等领域得到广泛的应用。
[0003] 氧化铜和氧化亚铜是一种很重要的氧化物材料，具有独特的光学和催化性质，而 且无毒性，价格便宜。氧化铜和氧化亚铜在太阳能电池、光催化剂、电极材料、磁存储、锂离 子电池、超级电容器等方面具有广泛的应用前景。
【发明内容】
[0004] 传统的脱合金法一般采用快速凝固的方法先制成细晶合金的粉末或者薄片状前 驱体，然后再对前驱体进行脱合金处理，由此制备出单一金属的多孔材料。本发明针对纳米 多孔铜材料的应用受到一定限制的情况，提供了一种纳米孔结构的铜/氧化亚铜/氧化铜 复合材料的制备技术。在制备普通纳米多孔铜的基础上采用冷压、高温合金化、脱合金的方 法，通过控制制备工艺条件，使得铜的微观组织发生了较大变化。在脱合金过程中，铝原子 发生溶解，部分铜原子也被溶解，铜离子与溶解氧接触发生氧化形成了铜的氧化物，既保留 了纳米多孔铜的存在，又增加了纳米孔结构铜氧化物的生成。采用本发明的制备工艺，操作 简单且合金成分易于控制，不仅可以获得纳米孔结构，改善了产物的相组成成分，并且制造 成本低廉，易于批量化生产。与纳米多孔铜传统的制备工艺相比，本发明制得的产物中存在 铜的氧化物，材料具有独特的光学和催化性质，制备成本低廉、无毒性。
[0005] 本发明的目的在于采用冷压、高温合金化、脱合金法，将铝粉和铜粉混合均匀后冷 压、高温合金化，制备出前驱体，然后在氢氧化钠溶液中进行选择性腐蚀的脱合金处理，使 得铜的微观组织发生了较大变化。在腐蚀过程中，铝原子发生溶解，部分铜原子也被溶解， 铜离子与溶解氧接触发生氧化形成了铜的氧化物，从而得到具有纳米孔结构的铜/氧化亚 铜/氧化铜复合材料。
[0006] 本发明的特点在于： 通过使用冷压、高温合金化、脱合金的方法，将铜铝合金前驱体制备成纳米孔结构的铜 /氧化亚铜/氧化铜复合材料，在不影响纳米多孔铜存在的前提下，制备出了含有铜氧化物 的复合材料。结果显示，该复合材料的纳米孔结构均匀、细小，孔尺寸在20~90nm范围内、韧 带宽度在l〇~80nm范围内。该类材料具有良好的导电性、延展性、比表面积大、生物兼容性 好、化学活性高等性能，可以应用于太阳能电池、光催化剂、电极材料、锂离子电池、超级电 容器等方面。
[0007] 本发明材料的前驱体是由以下原子百分比（at%)的组分组成：60~85%铝（A1)，其 余为铜（Cu)及总量不大于0. 5%的不可避免的杂质。
[0008] 材料的制备方法采用以下步骤：先将铝粉和铜粉混合均匀后，在室温下压制成型， 再升至一定温度进行高温合金化，制备出块状前驱体，然后在氢氧化钠溶液中进行选择性 腐蚀的脱合金处理和氧化处理，去除铝组元，并且形成氧化铜/氧化亚铜组织，从而制得该 发明材料。
[0009] 本发明的复合材料制备方法具体为： (1) 将尺寸为150-200目的铝粉和尺寸为150-200目的铜粉按照预定的原子比混合均 匀，再用液压机将其压制成块状，所用压力为300MPa~550MPa，保压时间为l~5min ; (2) 将压制成块状的金属放入真空炉中高温合金化，升温至400°C ~750°C，保温时间为 30min~120min，制得块体的错铜合金； (3) 在室温下，将制得的铝铜合金放入氢氧化钠溶液中进行选择性腐蚀，直至无明显气 泡冒出后取出，然后清洗、烘干，并测试其比表面积大小。用所得试样制备超级电容器电极 并在5mV/s的扫描速率下测试其比容量。
【具体实施方式】
[0010] 实施例1 本发明实施例材料的组成原子配比（at%)为60%A1，其余为铜（Cu)及总量不大于0. 5% 的不可避免的杂质。
[0011] 采取以下步骤制得： (1) 将铜粉及铝粉按照60:40的原子比混合均匀，再将混合后的粉末用液压机压制成 块状，所用压力为500MPa，保压时间为2分钟； (2) 将压制成块状的金属放入真空炉中高温合金化，升温至430°C，保温时间为 120min，制得错铜合金； (3) 在常温下，将制得的铝铜合金放入浓度为6mol/L氢氧化钠溶液中进行选择性腐 蚀，直至无明显气泡冒出后取出，然后清洗、烘干，并测试其比表面积。用所得试样制备超级 电容器电极并在5mV/s的扫描速率下测试其比容量。
[0012] 实验条件、所得组织相组成、比表面积及其所做电极的比容量数值见表1。
[0013] 实施例2 本发明实施例材料的组成原子配比（at%)为60%A1，其余为铜（Cu)及总量不大于0. 5% 的不可避免的杂质。
[0014] 采取以下步骤制得： (1) 将铜粉及铝粉按照60:40的原子比混合均匀，再将混合后的粉末用液压机压制成 块状，所用压力为500MPa，保压时间为2分钟； (2) 将压制成块状的金属放入真空炉中高温合金化，升温至700°C，保温时间为30min， 制得铝铜合金； (3)在室温下，将制得的铝铜合金放入浓度为6mol/L氢氧化钠溶液中进行选择性腐 蚀，直至无明显气泡冒出后取出，然后清洗、烘干。用所得试样制备超级电容器电极并在 5mV/s的扫描速率下测试其比容量。
[0015] 实验条件、所得组织相组成、比表面积及其所做电极的比容量数值见表1。
[0016] 实施例3 本发明实施例材料的组成原子配比（at%)为67%A1，其余为铜（Cu)及总量不大于0. 5% 的不可避免的杂质。
[0017] 采取以下步骤制得： (1) 将铜粉及铝粉按照67:33的原子比混合均匀，再将混合后的粉末用液压机压制成 块状，所用压力为350MPa，保压时间为2分钟； (2) 将压制成块状的金属放入真空炉中高温合金化，升温至430°C，保温时间为 120min，制得错铜合金； (3) 在室温下，将制得的铝铜合金放入浓度为6mol/L氢氧化钠溶液中进行选择性腐 蚀，直至无明显气泡冒出后取出，然后清洗、烘干，测试其比表面积大小。用所得试样制备超 级电容器电极并在5mV/s的扫描速率下测试其比容量。
[0018] 实验条