一种金属表面纳秒脉冲等离子体制备纳米颗粒的溶液及制备方法与流程

本发明涉及一种金属表面纳秒脉冲等离子体制备纳米颗粒的溶液及制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术：

纳米颗粒可以提高材料的物理、化学、力学和热学等性能。常用的制备纳米颗粒的方法有化学法、电化学法、溅射法、研磨等方法。这些物理、化学的方法需要多个工序才能制备出来。文献（张节，周磊杰，张伟，汪炜，朱文魁，电化学放电的纳米颗粒制备方法，CN201310185500.2和余家国，刘敬祥，黄淑颖，一种在二氧化钛纳米管阵列中电化学沉积银纳米颗粒的方法，CN201610064607.5）分别叙述了一种电化学制备纳米颗粒的方法。前者在制备纳米颗粒的过程中，连接在电源负极的工具电极和连接在电源正极的进电块在电解液中发生电化学反应，产生气泡，并附着在工具电极表面。随着加工的继续进行，工具电极在电解液液面以下的部分被不断产生的气泡完全包覆，使电极和电解液完全隔离，从而在工具电极和电解液之间形成电压差，然后击穿工具电极和工件表面的气泡层，形成放电通道，产生放电。放电通道中的瞬时高温高压能量气化了工件表面的电解液后，再进一步熔化、气化工件，产生腐蚀产物并抛入电解液中，经冷却、凝固后形成纳米颗粒。后者处理过的钛片作阳极，在阳极和阴极之间施加电压，电化学沉积银，将制备得到的样品清洗干净，干燥，然后煅烧即得。所以其存在处理时间长，操作条件差，需要后续加工等，成本较高限制。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种金属表面纳秒脉冲等离子体制备纳米颗粒的溶液及制备方法，该处理方法处理效率高，时间短，纳米颗粒均匀，本发明处理降低了成本，且其适合几乎所有的金属表面制备纳米颗粒。

为解决上述技术问题，本发明提供一种金属表面纳秒脉冲等离子体制备纳米颗粒的溶液，其特征是，包括以下组分且各组分的重量份数为：碳酸盐40～50份，金属盐20～40份，含碳有机物10～15份，余量为水。

进一步地，所述的碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾。降低纳秒脉冲等离子体的击穿电压，提高其能量的聚缩能力。

进一步地，所述的金属盐为铝酸钠或硝酸钛。提供形成纳米颗粒的金属离子。

进一步地，所述的含碳有机物为三乙醇胺或甘油。使得纳秒脉冲等离子体沿面离散分布，降低集中烧蚀。

进一步地，所述的水为蒸馏水或去离子水。

本发明还提供了一种金属表面纳秒脉冲等离子体制备纳米颗粒的方法，其特征是，包括以下步骤：将金属放入上述配制的溶液中，以金属为阳极，石墨为阴极，施加纳秒脉冲电压，在金属表面制备纳米颗粒。耦合纳秒脉冲等离子体聚缩纳米束能量与金属盐的费米能和分离能，氧化和分离金属离子的氧化物，沉积于金属表面。

进一步地，所述纳秒脉冲电压的脉宽为10～500 ns，脉冲电压幅值为600～1000V。

进一步地，所述纳秒脉冲电压的处理时间为1～3min。

本发明所达到的有益效果：本发明研究的金属表面制备纳米颗粒工艺运用纳秒脉冲等离子体根据金属电离能选区氧化分离，处理效率高，时间短，纳米颗粒均匀。本发明降低了成本，且其适合几乎所有的金属表面制备纳米颗粒。

附图说明

图1是本发明实施例1在YL12表面制备的氧化铝纳米颗粒的扫描电子显微镜图；

图2是本发明实施例2在Ti-6Al-4V表面制备的二氧化钛纳米颗粒的扫描电子显微镜图；

图3是本发明实施例3在在纯铝表面制备的氧化铝纳米颗粒的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

首先在一个10L槽中取2/3的蒸馏水，依次溶解4000g碳酸钠和3500g铝酸钠，等槽中试剂全部溶解之后，将1500g三乙醇胺在快速搅拌下倒入槽液中，直至完全混合均匀，最后加水至10L，得到电解液，将YL12放入配制的溶液中，以YL12为阳极，石墨为阴极，纳秒脉冲脉宽为10ns，脉冲电压幅值为1000V，即把YL12置入溶液中，处理1分钟，而在YL12表面制备氧化铝纳米颗粒（见图1）。纳米颗粒分布均匀，粒径尺寸大小接近。

实施例2

首先在一个10L槽中取2/3的去离子水，依次溶解的5000g碳酸钾和3000g硝酸钛，等槽中试剂全部溶解之后，将1000g甘油在快速搅拌下倒入槽液中，直至完全混合均匀，最后加水至10L得到电解液，将Ti-6Al-4V放入配制的溶液中，以Ti-6Al-4V为阳极，石墨为阴极，纳秒脉冲脉宽为500 ns，脉冲电压幅值为600V，即把Ti-6Al-4V置入溶液中，处理3分钟，而在Ti-6Al-4V表面制备二氧化钛纳米颗粒（见图2）。纳米颗粒均匀分布，粒径尺寸基本一致，结合更为致密。

实施例3

首先在一个10L槽中取2/3的蒸馏水，依次溶解5000g碳酸钠和3500g铝酸钠，等槽中试剂全部溶解之后，将1000g三乙醇胺在快速搅拌下倒入槽液中，直至完全混合均匀，最后加水至10L得到电解液，将纯铝放入配制的溶液中，以纯铝为阳极，石墨为阴极，纳秒脉冲脉宽为200 ns，脉冲电压幅值为800V，即把纯铝置入溶液中，处理2分钟，而在纯铝表面制备氧化铝纳米颗粒（见图3）。纳米颗粒均匀离散分布，粒径尺寸一致。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。