技术领域本发明涉及一种高密度孪晶金属材料的制备方法。
背景技术：
晶界，低能态共格晶界，是一种特殊的微结构缺陷。纳米材料中的孪晶界对其光学、电子、机械等性能有重要的影响。例如，纳米孪晶金属中的孪晶界高效阻碍位错运动，从而提高了晶体的强度、延展性和导电性。实验(Science，2009，323，607)和理论(nature，2010，464，877)都证实了纳米孪晶的强度随着晶界间距的减少而有所增大。因此如何获得孪晶晶界间距小且分布均匀的高密度纳米孪晶材料，有着重要的应用前景。目前，制备纳米孪晶的方法主要包括两方面：一方面是自上而下的方法，例如塑性变形法、局域压力变形(Nat.Commun.2015，6，7648)，其中塑性变形法，通过高压扭转变形获得的孪晶金属材料，孪晶密度较低并且分布随机不可控；另一方面是自下而上的方法，电沉积、磁控溅射(Appl.Phys.Lett.，2006，88，173116)，其中电沉积包括直流电沉积和脉冲电流沉积(中国专利CN102321896A)，通过调节电流的密度(参看文献：金属学报，2013，49，635)、电解液的温度(参看文献：金属学报，2012，48，1342)以及脉冲波沉积速率(Science，2009，323，607)来获得纳米孪晶铜纳米晶，但是目前所公开的文献和专利，所获得的纳米孪晶材料中大多孪晶晶界密度低且晶界分布随机，获得密度高且分布均匀的纳米金属孪晶材料较为困难。因此，寻找一种高密度孪晶金属材料的制备方法，是本领域目前首要研究的方向。
技术实现要素：
由于目前还没有获得孪晶晶界间距小于10nm且晶界分布较为均匀的孪晶金属材料，因此，基于现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种可制备高密度纳米孪晶金属材料的方法，即打磨出特定的金属片表面结构，通过微调金属片表面电阻分布来获得周期电流分布，从而获得晶界间距小且分布均匀的高密度孪晶金属材料。本发明提供了一种高密度孪晶金属材料的制备方法，包括如下步骤，S1：选取具有良好导电性能的金属片，除油、除锈、抛光处理后，用砂纸在所述金属片表面打磨出若干相互平行的凹槽，任意两个所述凹槽之间为平整凸条，所述凹槽和所述凸条呈周期间隔排列；S2：使用直流电沉积方法，电解液选择高纯水或者金属盐溶液，阴极和阳极皆选用S1中打磨后的金属片，进行电沉积，得到高密度孪晶金属材料。优选地，S1中，所选取的金属片为银片或铜片。更优选地，所述金属片长2cm～4cm、宽1cm～2cm，厚0.5cm～0.6cm。更优选地，所述阴极和所述阳极的距离为1cm～5cm，电压10V～30V，电解液温度5°～30°，沉积时间10min～30min。优选地，S1中，所述砂纸的粒径为0.5mm～8mm。更优选地，所述砂纸的粒径为1mm～2mm。更优选地，S1中，用砂纸打磨时，沿着金属片的长度沿同一方向打磨。优选地，S2中，所述金属盐溶液的浓度为0.001mol/L～0.05mol/L。更优选地，所述金属盐溶液的浓度为0.005mol/L～0.01mol/L更优选地，所述金属盐为硝酸银或硫酸铜。本发明提供的高密度孪晶金属材料的制备方法，制备工艺简单，成本低，通过在基础处理过的金属片表面用砂纸沿同一方向顺势打磨出若干相互平行的凹槽，使用不同规格的砂纸平行长轴方向打磨金属电极，可获得不同的电极规格。将该金属片作为电极，利用电沉积方法，由于金属片表面形成的打磨痕迹增大了表面积，减少了电阻，使得电极表面电阻周期变化，进一步引起对电极电流周期变化，在金属片表面形成周期电流分布，共格孪晶晶界可以降低界面能，因此产生了大量的孪晶，从而获得生长晶界间距为2-5nm，且分布均匀的高密度孪晶金属材料。附图说明图1为本发明实施例1提供的电极俯视示意图；图2为本发明实施例1提供的电极侧视示意图；图3为本发明实施例1提供的电极制备的高密度纳米孪晶银结构的TEM图；图4为本发明实施例1提供的电极制备的高密度孪晶银结构的SAED图。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案并且能够予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。实施例1一种高密度孪晶银材料的制备方法，包括如下步骤，选取长2cm宽1cm厚度0.5cm的银片1，具体如图1所示，用清水及去污粉去除表面油垢及灰尘等，再用稀盐酸去除表面氧化物，抛光后，再用粒径为1mm的砂纸在一侧表面沿着银片的长度由向同一方向打磨两次，分别打磨出若干相互平行的凹槽，任意两个凹槽之间为平整凸条，所述凹槽和所述凸条呈周期间隔排列；该银片的俯视和侧视示意图，具体如图1-2所示，一次打磨后每个凹槽之间的间距G1为1mm，二次打磨后，在一次打磨形成的任意相邻两个凹槽之间又形成了新的凹槽。图1中，102为第一次打磨时形成的凹槽，101为第二次打磨时形成的凹槽。使用两电极直流电沉积方法，阴极和阳极皆选用上述步骤处理后的银片，电解液选择高纯水，阴极和阳极的间距为2cm，电压30V，电解液温度25°，沉积时间30min，获得高密度孪晶银材料，这里要说明的是，使用时，两个电极的打磨有凹槽的一面相对设置。制备出的高密度孪晶银材料如图3和图4所示；图3为高密度孪晶银材料的透射电子显微镜照片，该样品是由相互平行的2-5nm纳米晶组成的，纳米晶的边界为孪晶晶界，晶界平行且分布较为均匀。晶界处的选区电子衍射图样如图4所示，包含两套斑点，是孪晶的明显特征。实施例2一种高密度孪晶铜材料的制备方法，包括如下步骤，选取长4cm宽2cm厚度0.6cm的铜片，用清水及去污粉去除表面油垢及灰尘等，再用稀盐酸去除表面氧化物，抛光后，再用粒径为1mm的砂纸在表面沿着铜片的长度由向同一方向打磨两遍，打磨出若干相互平行的凹槽，任意两个凹槽之间为平整凸条，所述凹槽和凸条呈周期间隔排列；使用两电极直流电沉积方法，电解液选择摩尔浓度为0.005mol/L硫酸铜溶液，阴极和阳极皆选用上述步骤处理后具有凹槽的铜片，阴极和阳极的距离为4cm，电压20V，电解液温度20°，沉积时间20min，可获得高密度孪晶铜材料。实施例3一种高密度孪晶银材料的制备方法，包括如下步骤，选取长2cm宽1cm厚度0.5cm的银片，用清水及去污粉去除表面油垢及灰尘等，再用稀盐酸去除表面氧化物，抛光后，再用粒径为2mm的砂纸在表面沿着银片的长度由向同一方向打磨三次，分别打磨出若干相互平行的凹槽，任意两个凹槽之间为平整凸条，所述凹槽和所述凸条呈周期间隔排列；该银片的俯视和侧视示意图，具体如图1-2所示。使用两电极直流电沉积方法，阴极和阳极皆选用上述步骤处理后的银片，电解液选择较高摩尔浓度为0.01mol/L硝酸银溶液，阴极和阳极的距离为5cm，电压10V，电解液温度30°，沉积时间30min，得到高密度孪晶银材料。对实施例2和实施例3所制得的高密度孪晶铜材料和高密度孪晶银材料样品进行测试，所获得的透射电子显微镜照片与实施例1的相似，也是由晶界平行且分布较为均匀的2-5nm纳米晶组成的。上述实施例仅仅对高密度孪晶铜材料和高密度孪晶银材料的制备方法做了示例，但不局限于这两种材料，只要是具有良好导电性能的金属片都能够通过上述方法获得高密度孪晶结构。具体的，将良好导电性能的金属片打磨出特定凹槽后，将其作为电极，由于金属片表面由凹槽和平整两部分单元周期间隔排列，凹槽部分相对于平整部分增加了表面积，其电阻相对减少，相比平整部分，增大了电流密度，凹槽和平整部分的电流周期分布，共格孪晶晶界可以降低界面能，因此产生了大量的孪晶界，即可通过电沉积方法获得。以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。