[发明专利]一种高孔隙率黑色孔状金属薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种高孔隙率黑色孔状金属薄膜的制备方法，包括：选择物质A和物质B，通过熔炼、轧制形成厚度为毫米或微米级的箔状前驱体合金A_(100－x)B_x，X的范围为0.01～15(原子百分比)；经过均匀化退火处理后得到单相固溶体合金，将箔状合金放入一定浓度的酸性或碱性溶液中选择性的脱去合金中的元素A，形成一种高孔隙率的黑色孔状金属B的连续薄膜，具有纳米孔状结构、高孔隙率(80～98％)，纳米孔的尺寸为2～50纳米，且连续、无宏观裂纹。本发明原料简单，工艺重复性强，设备要求较低，容易实现批量生产，所得的黑色孔状金属薄膜有利于太阳光的全谱吸收，是一种潜在的光热转化材料，可以实现太阳能蒸汽转化，从而在污水处理、海水淡化等领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种高孔隙率黑色孔状金属薄膜的制备方法，属于纳米金属材料技术领域。

背景技术

纳米多孔金属是一类具有纳米级孔径尺寸的金属材料，内部存在大量的三维双连续的韧带和孔隙。与致密的块体金属材料相比，纳米多孔金属材料不仅保留了金属的特性(如良好的导电性和导热性)，而且具有高比表面积、大孔隙率、低密度等多孔材料的许多特征。同时，纳米级的韧带和孔洞也使其表现出纳米材料中普遍存在的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等特性。因此，纳米多孔金属凭借其独特的结构以及性能，广泛应用于催化、传感、光学、等离子体共振、能源储存与转化等领域。

目前全球范围内的水资源以及能源短缺问题迫切要求开发新的可再生清洁能源，而太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色清洁能源受到了研究者的广泛关注。太阳能的利用形式主要包括以下三个方面：太阳能光伏、太阳能光热、太阳能光化学。其中，太阳能光热转化是最为高效的能源转化和利用形式。该技术通过将太阳能转化为热能从而促进蒸汽的产生，可以有效的缓解水资源短缺，并且在污水处理、海水淡化等领域具有广阔的应用前景。典型的太阳能蒸发装置由光热转化材料和隔热的支撑基材组成。特别的，某些金属颗粒(Au,Ag,Cu,Pd，In等)因表现出局域等离子体共振效应而产生局部加热，常被用作光热转化材料。而这些金属颗粒因吸收带较窄，宽光谱吸收能力弱，限制了其进一步发展。而具有纳米多孔结构的黑色金属薄膜可以吸收更宽广的太阳光谱范围内的能量，从而有效提高太阳能蒸发效率。因此，本方法制备的高孔隙率的黑色纳米多孔Au，Ag，Cu,Pd薄膜是一种潜在的光热转化材料，可以在全太阳光谱的范围内实现宽带吸收，从而表现出高效的太阳能蒸汽转化性能。

目前纳米多孔黑色金属薄膜的制备方法主要包括模板法、电化学法和脱合金法。2011年，Kazuyuki Nishio等人在草酸溶液中对金进行阳极氧化处理，成功制得了厚度约为1微米，孔径约为20纳米的黑色多孔金薄膜。2015年，Kyuyoung Bae等人将金颗粒直接溅射到AAO模板上，获得了由金属纳米线束阵列组成的黑色金薄膜。这两种方法虽然均可制得黑色的多孔金属薄膜，但模板法的制备过程相对复杂，不适于大规模制备。电化学法则利用纯金做基底，通过阳极化处理将部分金溶解到电解液中得到纳米多孔金，成本较高。而脱合金法操作过程简单，制备工艺成本低，并且孔径尺寸可调节，这引起了科研工作者的广泛关注。但如果要制备黑色的纳米多孔金属薄膜，对前驱体合金的成分以及脱合金条件要求较高，而且孔隙率在80％以上超高孔隙率纳米多孔金属的制备一直是技术瓶颈。中国专利文件(公开号CN109036865A)公开了纳米多孔Ag_RuO复合材料及其制备方法和应用，真空旋淬法是制备纳米多孔金属前驱体的常见方法，但这种方法制备出的前驱体合金呈条带状，其大小无法精确控制。而且，脱合金后的样品具有明显的宏观裂纹，难以形成连续的金属薄膜。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种工艺简单、成本低、容易实现批量生产的高孔隙率黑色孔状金属薄膜的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种高孔隙率黑色孔状金属薄膜的制备方法，包括以下步骤：