一种高放热自蔓延燃烧纳米复合粉体的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纳米尺寸粉体的制备方法，特别是涉及可以自蔓延燃烧的纳米尺寸粉体的制备方法。
【背景技术】
[0002]纳米尺寸的材料具有较大的比表面积，导致其获得优异的特殊性能。
[0003]但是纳米尺寸的材料容易团聚，所以制备纳米尺度的材料，尤其是纳米尺寸粉体，具有较大困难。所采用的方法有很多，但这些方法所获得的纳米尺寸受到限制，难以制备尺寸小于几十个纳米复合材料的粉体。
[0004]自蔓延是利用化学反应自身放热合成材料的一种技术，又被称为燃烧合成。它的基本要素是:利用化学反应放热，完全(或部分)不需要外热源；通过快速自动波燃烧的自维持反应得到所需成分和结构的产物；通过改变热的释放和传输速度来控制过程的速度、温度、转化率和产物的成分及结构。
[0005]自蔓延粉体一般至少有两种反应物。两者接触发生混合放热需要一定的激活能。反应物(粉体)的尺寸越小，其混合比表面积就越大，增加两者接触界面能得同时，降低了两者的反应激活能。如果反应物(粉体)的尺寸降低到纳米尺度，反应激活能变得很小，在外界激励条件下极易发生混合放热反应，即自蔓延燃烧。
[0006]当前有多种制备纳米尺度单一反应物的方法。为了获得自蔓延效果，需要将纳米尺寸的反应物混合。混合时具有非常高的危险性，极易导致两者发生反应。一般采用液态混合法，再通过烘干方法获得。尽管如此，仍不能保证获得混合均匀的纳米尺寸自蔓延粉体。
[0007]所以，急需出现一种新的技术方法，能够安全的获得均匀混合的纳米尺寸自蔓延粉体。
[0008]物理气相沉积镀膜技术是一种成熟的制备薄膜的方法。可以制备纳米多层、复合薄膜。一般用于在材料表面改性或强化，制备力学或功能膜层。该技术的优势是可以方便的获得纳米尺寸的物质。在沉积制备薄膜的过程中，薄膜材料是以离子形态沉积到基体上，故在基体上施加负偏压可以提高离子的运动速率，离子高速运动到基体表面并沉积成膜。负偏压的作用在于:一方面可以提高薄膜与基体的结合强度，另一方面使得薄膜的内应力增加。负偏压越高，薄膜内应力越大，薄膜易破碎。如果负偏压太高，溅射效果增强，沉积成膜效果会减弱。薄膜的厚度越大，其抵抗内应力的能力(自支撑)的越强。控制内应力和薄膜的厚度，可以使薄膜从基体剥离下来时，会由于内应力的作用而破碎。
[0009]本发明利用磁控溅射镀膜技术方便制备纳米尺寸、复合材料的优势，通过首先制备薄膜，然后得到纳米粉体。采用物理气相沉积技术制备纳米粉体的方法未见报道。
【发明内容】
[0010]本发明提供了一种高放热自蔓延燃烧纳米复合粉体的制备方法，其特征在于:
[0011]利用物理气相沉积技术在基体上，在基体表面涂覆一层光刻胶；在涂覆光刻胶的基体表面沉积纳米尺寸的纳米多层结构薄膜；所述纳米多层结构包括至少两种发生自蔓延反应物的层状结构；沉积上薄膜的基体放入有机溶剂中浸泡使得基体表面的光刻胶溶解，获得从基体脱落下的薄膜碎片；用滤纸过滤脱落的薄膜碎片后烘干。
[0012]进一步，所述物理气相沉积技术包括蒸发镀、磁控溅射镀或离子镀技术。
[0013]进一步，所述纳米多层结构是各个自蔓延反应物为至少一层的层状结构。
[0014]进一步，所述基体包括金属或玻璃。
[0015]进一步，在基体表面涂覆一层2?10微米厚度的光刻胶。
[0016]进一步，有机溶剂为丙酮。
[0017]进一步，沉积纳米尺寸的纳米多层结构薄膜时，基体施加200-500V负偏压。
[0018]进一步，沉积纳米尺寸的纳米多层结构薄膜厚度小于10微米。
[0019]所述的技术方法，其特征在于:
[0020](I)所述物理气相沉积技术包括蒸发镀、磁控溅射镀和离子镀技术。
[0021](2)采用所述蒸发镀、磁控溅射镀和离子镀任意一种技术，制备纳米尺寸的纳米多层结构薄膜。
[0022](3)所述纳米多层结构是至少两种发生自蔓延反应物的层状结构。
[0023](4)所述纳米多层结构是各个自蔓延反应物为至少一层的层状结构。
[0024](5)所述纳米多层结构薄膜沉积某一基体上。
[0025](6)所述基体指用于起到支撑薄膜作用的材质，包括但不限于金属、玻璃材质。
[0026](7)在基体表面涂覆一层2?10微米厚度的光刻胶。
[0027](8)采用如⑴所述的技术在涂覆光刻胶的基体表面沉积如(3)、⑷所述的薄膜。
[0028](9)将如⑶所述沉积上薄膜的基体放入丙酮溶液中浸泡。
[0029](10)等待基体表面的光刻胶溶解，获得从基体脱落下的薄膜碎片。
[0030](11)用滤纸过滤脱落的薄膜碎片。
[0031](12)供干。即得。
[0032]综上所述，本发明采用物理气相沉积技术，在涂覆光刻胶的基体表面沉积纳米多层结构薄膜，通过负偏压控制薄膜内应力，然后利用丙酮将光刻胶溶解，使沉积在光刻胶表面的薄膜脱落并碎裂成纳米尺度粉体。与现有制备自蔓延反应粉体相比，具有如下优点:
[0033](I)所制备的自蔓延粉末尺寸非常小，甚至达到几十个纳米的尺度，大大提高了粉体的表面能，激发粉体自蔓延所需能量低。
[0034](2)所制备粉体微观结构是纳米多层结构，实现反应物在若干到几十纳米尺度上的混合。这是常规混合方法无法达到的尺度范围。
[0035](3)可以按照要求，方便的制备不同种元素的粉体。理论上可以制备各种成分的混合粉体。
【附图说明】
[0036]图1是具体实施例一中基体、光刻胶和制备Zr/C薄膜的示意图。
[0037]图2是具体实施例一中制备Zr/C薄膜的扫描电镜截面形貌。
[0038]图3是具体实施例一中浸泡丙酮后从Zr/C薄膜从基体剥落并碎裂成粉末的三维形貌图。
[0039]图4是具体实施例二中制备Ti/Al薄膜的扫描电镜截面形貌。
[0040]图5是具体实施例二中浸泡丙酮后从Ti/Al薄膜从基体剥落并碎裂成粉末的三维形貌图。
【具体实施方式】
[0041]以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此:
[0042]实施例一:
[0043]在此实施例中，采用磁控溅射技术，以316不锈钢板为基体，溅射沉积纯锆(Zr)和石墨(C)的纳米多层结构的薄膜，然后获得Zr/C均匀混合的粉体。具体制备过程如下:
[0044](1)316不锈钢的初步清洗:使用金属清洗剂超声波清洗试样15分钟后自来水冲洗，然后迅速在去离子水中漂洗，然后在丙酮中超声