[发明专利]一种提高金属孪晶高温稳定性的方法

说明书

本发明公开了一种提高金属孪晶高温稳定性的方法。先用去合金法或者电化学法、模板法制备纳米多孔金属，之后将纳米多孔金属置于甲烷气氛中以在其表面覆盖一层非晶碳，再进行加热反应。高温时，非晶碳被催化为石墨烯，部分纳米多孔金属熔化和蒸发，于是产生受石墨烯束缚的纳米液滴。温度降低，液滴发生凝固，并在其中产生孪晶，形成受石墨烯束缚的纳米金属孪晶。所述纳米多孔金属包括纳米多孔铜、纳米多孔金、纳米多孔银以及纳米多孔钯。本发明的制备工艺简单、普适性高，将纳米金属孪晶的表面用石墨烯束缚，可以极大提高其高温稳定性，保持良好的材料性能，有望拓展金属孪晶的应用范围。

技术领域

本发明是一种关于纳米金属材料的，特别涉及一种在凝固过程中、高温保温期间金属孪晶维持稳定的方法。

背景技术

孪晶是许多晶体的重要变形方式，并直接影响材料(尤其是金属纳米材料)的力学和化学性质。纳米金属孪晶能够在显著提高金属强度、硬度的同时也改善材料的塑性，具有极佳的综合性能。因此，纳米尺度金属孪晶材料逐渐成为材料领域的研究热点。但是由于较小的纳米颗粒在高温下具有粗糙和表面熔化的特性，因此纳米金属孪晶在高温时很难保持稳定状态。这对其优异性能的应用产生了巨大的阻碍，所以怎样能够有效简单地明显提高金属孪晶的高温稳定性是一个难题。

通常，较小的纳米颗粒容易受附着物的束缚。例如Cu纳米线作为催化剂，其表面包裹了非晶碳，包裹层阻碍了纳米结构的形态变化并防止了选择性位点的损失。如果将纳米金属孪晶的表面用石墨烯束缚，更可以提高其高温稳定性，保持良好的材料性能，并且可以使纳米金属孪晶获得更广泛的应用。基于此，发明一种提高金属孪晶高温稳定性的方法，是本专利申请的核心思想。

发明内容

本发明的目的，是为了解决现有技术在高温期间金属孪晶容易消失的问题，提供一种可以在高温期间金属孪晶维持稳定的方法。

本发明通过如下技术方案予以实现：

本发明采用将合金条带通过去合金法制备出纳米多孔金属(NPM)，之后将NPM置于甲烷气氛，然后进行加热反应再降温凝固，形成受石墨烯束缚的纳米金属孪晶。

一种提高金属孪晶高温稳定性的方法，具体步骤如下：

(1)采用去合金法制备纳米多孔金属——纳米多孔铜，缩写为NPC；

(2)将步骤(1)的NPC在室温下置于CH₄气氛中1小时，使其表面覆盖一层非晶碳；然后以30℃/min的加热速率升温至1080℃，再以60℃/min的速率使温度降低至985℃时；

在较高的温度下，非晶碳被催化，转换为石墨烯，部分NPC熔化并蒸发，形成了受石墨烯束缚的纳米Cu液滴；当温度降低至985℃时，这些液滴凝固为晶体，并在其中产生了纳米孪晶，这种受石墨烯束缚的金属孪晶具有高温稳定性。

所述步骤(1)的纳米多孔金属还包括纳米多孔金、纳米多孔银以及纳米多孔钯。

所述步骤(1)的纳米多孔金属也可以通过电化学法或模板法获得。

本发明一种提高金属孪晶高温稳定性的方法，开创了有效提升金属孪晶纳米材料应用温度方法的先河，将纳米金属孪晶的表面用石墨烯束缚，可以极大提高其高温稳定性，保持良好的材料性能，有望拓展金属孪晶的应用范围，对发展新材料和改善材料性能等方面具有巨大的发展潜力。本发明的工艺简单，普适性高。

附图说明

图1是实施例1的纳米多孔铜(NPC)表面的低倍SEM形貌图；

图2是实施例1表面覆盖非晶碳的NPC加热时的中倍TEM明场像；

图3是实施例1的高温时受石墨烯束缚的Cu液滴的高倍TEM明场像；

图4是实施例1的高温时受石墨烯束缚的Cu液滴的TEM衍射图；