一種金屬表面納秒脈沖等離子體制備納米顆粒的溶液及制備方法與流程

本發(fā)明涉及一種金屬表面納秒脈沖等離子體制備納米顆粒的溶液及制備方法，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

納米顆粒可以提高材料的物理、化學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)等性能。常用的制備納米顆粒的方法有化學(xué)法、電化學(xué)法、濺射法、研磨等方法。這些物理、化學(xué)的方法需要多個(gè)工序才能制備出來(lái)。文獻(xiàn)（張節(jié)，周磊杰，張偉，汪煒，朱文魁，電化學(xué)放電的納米顆粒制備方法，CN201310185500.2和余家國(guó)，劉敬祥，黃淑穎，一種在二氧化鈦納米管陣列中電化學(xué)沉積銀納米顆粒的方法，CN201610064607.5）分別敘述了一種電化學(xué)制備納米顆粒的方法。前者在制備納米顆粒的過(guò)程中，連接在電源負(fù)極的工具電極和連接在電源正極的進(jìn)電塊在電解液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氣泡，并附著在工具電極表面。隨著加工的繼續(xù)進(jìn)行，工具電極在電解液液面以下的部分被不斷產(chǎn)生的氣泡完全包覆，使電極和電解液完全隔離，從而在工具電極和電解液之間形成電壓差，然后擊穿工具電極和工件表面的氣泡層，形成放電通道，產(chǎn)生放電。放電通道中的瞬時(shí)高溫高壓能量氣化了工件表面的電解液后，再進(jìn)一步熔化、氣化工件，產(chǎn)生腐蝕產(chǎn)物并拋入電解液中，經(jīng)冷卻、凝固后形成納米顆粒。后者處理過(guò)的鈦片作陽(yáng)極，在陽(yáng)極和陰極之間施加電壓，電化學(xué)沉積銀，將制備得到的樣品清洗干凈，干燥，然后煅燒即得。所以其存在處理時(shí)間長(zhǎng)，操作條件差，需要后續(xù)加工等，成本較高限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種金屬表面納秒脈沖等離子體制備納米顆粒的溶液及制備方法，該處理方法處理效率高，時(shí)間短，納米顆粒均勻，本發(fā)明處理降低了成本，且其適合幾乎所有的金屬表面制備納米顆粒。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種金屬表面納秒脈沖等離子體制備納米顆粒的溶液，其特征是，包括以下組分且各組分的重量份數(shù)為：碳酸鹽40～50份，金屬鹽20～40份，含碳有機(jī)物10～15份，余量為水。

進(jìn)一步地，所述的碳酸鹽為碳酸鈉或碳酸鉀。降低納秒脈沖等離子體的擊穿電壓，提高其能量的聚縮能力。

進(jìn)一步地，所述的金屬鹽為鋁酸鈉或硝酸鈦。提供形成納米顆粒的金屬離子。

進(jìn)一步地，所述的含碳有機(jī)物為三乙醇胺或甘油。使得納秒脈沖等離子體沿面離散分布，降低集中燒蝕。

進(jìn)一步地，所述的水為蒸餾水或去離子水。

本發(fā)明還提供了一種金屬表面納秒脈沖等離子體制備納米顆粒的方法，其特征是，包括以下步驟：將金屬放入上述配制的溶液中，以金屬為陽(yáng)極，石墨為陰極，施加納秒脈沖電壓，在金屬表面制備納米顆粒。耦合納秒脈沖等離子體聚縮納米束能量與金屬鹽的費(fèi)米能和分離能，氧化和分離金屬離子的氧化物，沉積于金屬表面。

進(jìn)一步地，所述納秒脈沖電壓的脈寬為10～500 ns，脈沖電壓幅值為600～1000V。

進(jìn)一步地，所述納秒脈沖電壓的處理時(shí)間為1～3min。

本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：本發(fā)明研究的金屬表面制備納米顆粒工藝運(yùn)用納秒脈沖等離子體根據(jù)金屬電離能選區(qū)氧化分離，處理效率高，時(shí)間短，納米顆粒均勻。本發(fā)明降低了成本，且其適合幾乎所有的金屬表面制備納米顆粒。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1在YL12表面制備的氧化鋁納米顆粒的掃描電子顯微鏡圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2在Ti-6Al-4V表面制備的二氧化鈦納米顆粒的掃描電子顯微鏡圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例3在在純鋁表面制備的氧化鋁納米顆粒的掃描電子顯微鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

首先在一個(gè)10L槽中取2/3的蒸餾水，依次溶解4000g碳酸鈉和3500g鋁酸鈉，等槽中試劑全部溶解之后，將1500g三乙醇胺在快速攪拌下倒入槽液中，直至完全混合均勻，最后加水至10L，得到電解液，將YL12放入配制的溶液中，以YL12為陽(yáng)極，石墨為陰極，納秒脈沖脈寬為10ns，脈沖電壓幅值為1000V，即把YL12置入溶液中，處理1分鐘，而在YL12表面制備氧化鋁納米顆粒（見(jiàn)圖1）。納米顆粒分布均勻，粒徑尺寸大小接近。

實(shí)施例2

首先在一個(gè)10L槽中取2/3的去離子水，依次溶解的5000g碳酸鉀和3000g硝酸鈦，等槽中試劑全部溶解之后，將1000g甘油在快速攪拌下倒入槽液中，直至完全混合均勻，最后加水至10L得到電解液，將Ti-6Al-4V放入配制的溶液中，以Ti-6Al-4V為陽(yáng)極，石墨為陰極，納秒脈沖脈寬為500 ns，脈沖電壓幅值為600V，即把Ti-6Al-4V置入溶液中，處理3分鐘，而在Ti-6Al-4V表面制備二氧化鈦納米顆粒（見(jiàn)圖2）。納米顆粒均勻分布，粒徑尺寸基本一致，結(jié)合更為致密。

實(shí)施例3

首先在一個(gè)10L槽中取2/3的蒸餾水，依次溶解5000g碳酸鈉和3500g鋁酸鈉，等槽中試劑全部溶解之后，將1000g三乙醇胺在快速攪拌下倒入槽液中，直至完全混合均勻，最后加水至10L得到電解液，將純鋁放入配制的溶液中，以純鋁為陽(yáng)極，石墨為陰極，納秒脈沖脈寬為200 ns，脈沖電壓幅值為800V，即把純鋁置入溶液中，處理2分鐘，而在純鋁表面制備氧化鋁納米顆粒（見(jiàn)圖3）。納米顆粒均勻離散分布，粒徑尺寸一致。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。