专利名称：一种泡沫镍或泡沫镍钴合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种泡沫状金属材料的制备方法，确切讲本发明涉及泡沫镍或泡沫镍钴合金的制备方法。
背景技术：
泡沫状金属材料是一种密度低、孔隙率高、并具有三维网状结构的新型功能材料， 可用于过滤、热交换、隔热、减震和催化剂载体等领域。例如泡沫镍目前主要用做二次氢镍和镉镍电池的电极基板，作为填充活性物质的载体和电集流体，是电池的主要原料之一。泡沫状金属材料的制备方法较多，以泡沫镍为例，有发泡法、羰基镍法、浸镍盐热解法、低温气相沉积法、烧结法、化学镀法、涂导电浆法、等离子及磁控溅射法等。工业化生产主要采用涂层电浆法、化学镀法和等离子溅射法等，是以聚氨酯泡沫塑料为骨架，经这三种方法进行导电化处理，再进行电沉积和热处理得到泡沫镍。目前已有的泡沫镍的制备方法专利如下欧洲专利局公开的EP0558142，专利申请名称为“Method for the production of a metal foam and ametal foam obtained”的专利；专利名称为“一种海绵状泡沫镍的制备方法”，专利号为ZL95102640. 2的中国发明专利；及名称为“一种泡沫状金属镍的制备方法”，公开号为CN 101638734A的专利申请。现有技术的方法及现阶段工业制备都需要采用较为昂贵的电镀或离子束溅射类的设备，在制备时均需采用前期的电镀或溅射处理再加后期热处理的两步法得到泡沫镍， 同时其后期进行的热处理需要有保护气体。
发明内容
本发明提供一种可克服现有技术不足，不使用电镀或离子束溅射设备，同时在后期的热处理中不需要气体保护的泡沫镍或泡沫镍钴合金的制备方法。本发明的泡沫镍或泡沫镍钴合金的制备方法是将镍盐或者镍盐和钴盐溶于乙二醇甲醚或乙二醇溶剂中形成溶胶，经充分搅拌后烘烤得到凝胶，再将所得到的凝胶在空气中进行烧结使凝胶自燃，充分燃烧后得到泡沫状金属镍或泡沫状镍钴合金。本发明的泡沫镍或泡沫镍钴合金的制备方法可以通过改变溶胶中镍盐的浓度，或者改变镍盐和钴盐的浓度，来控制所得到的产物的比表面积。本发明的泡沫镍或泡沫镍钴合金的制备方法中所用的镍盐为硝酸镍，所用的钴盐为硝酸钴。本发明与现有的制备泡沫金属的方法相比有以下优点1)制备工艺简单。只要一步烧结就可以得到泡沫状的镍及镍钴合金。同时，烧结时不需要保护气体而是在空气中进行。2)成本低。不需要电沉积及等离子或磁控溅射设备。3)得到的泡沫金属的比表面积较传统方法制得的大，同时还可以通过改变溶胶中溶质的浓度，很容易地控制所得泡沫金属的比表面积。
图1 :a图为硝酸镍的浓度为0.35摩/升时得到产物的扫描电镜图，b图为其X射线衍射图，c图为其选区电子衍射结果。图2 :a图为硝酸镍的浓度为0. 35摩/升时得到泡沫镍的X射线光电子能谱结果， b图为用振动样品磁强计测得的泡沫镍的磁滞回线。图3 :a图为利用热重测试得到泡沫镍在空气中烧结时质量的变化图，b、c、d三个图分别为不同的各个温度烧结后产物的X射线衍射图。图4 :a、b、c三图为溶胶中不同硝酸镍浓度下得到泡沫镍的扫描电镜图，d图为相应的X射线衍射结果。图5 用比表面积检测仪(BET氮气吸附法)测得的不同硝酸镍浓度下得到泡沫镍的吸附和脱附曲线。图6 :a图为硝酸镍的浓度为0. 35摩/升时，将溶剂换为乙二醇时得到泡沫镍的扫描电镜图，b图为其X射线衍射图。图7 利用此发明将不同比例的硝酸镍和硝酸钴(总浓度为0. 35摩/升)溶解到乙二醇甲醚中得到产物的X射线衍射图。图8 利用此发明将不同比例的硝酸镍和硝酸钴(总浓度为0. 35摩/升)溶解到乙二醇甲醚中得到产物的扫描电镜图。
具体实施例方式下面通过具体实施例进一步描述本发明实施例1 将硝酸镍(0.35摩/升)溶解到乙二醇甲醚中，在80°C搅拌4小时得到溶胶，并在80°C烘烤得到凝胶。将得到的凝胶在空气气氛下烧结，当凝胶温度升高到180 220°C 时凝胶会自燃，等其充分燃烧后得到泡沫状金属镍。图1为硝酸镍的浓度为0.35摩/升时得到泡沫镍的扫描电镜图、X射线衍射图及选区电子衍射结果。从图Ia可以看到产物具有三维网状结构，孔径大小为300-500纳米。 用X射线衍射及选区电子衍射结果对产物的相结构进行了表征，结果显示产物为立方结构的Ni。同时，利用X射线光电子能谱测试了样品中M的价态，参见图2。图加为硝酸镍的浓度为0.35摩/升时得到泡沫镍的Μ 2p壳层电子谱图。可以看到谱图呈明显的高斯不对称，通过多峰高斯拟合可以得到Ni具有两种价态。其中，位于872. 8和854. 9eV的Ni 2p1/2 和 Ni 2p3/2 峰对于与 NiO 中的 Ni2+，而位于 869. 2 和 852. IeV 的 Ni 2p1/2 和 Ni 2p3/2 峰则对应于零价的镍。对于X射线光电子能谱结果来说，Mg Κα X射线作为其激发源，穿透深度只有几个纳米，因此其反映的是样品表面1-5纳米的性质。所以这一结果说明本发明制备的泡沫镍表面最多有1-5纳米的钝化层。图2b为得到泡沫镍的磁滞回线，可以看到其饱和磁化强度为53. ;3emU/g(块体镍的饱和磁化强度约为5kmu/g)。X射线光电子衍射及磁特性结果进一步证明了用本发明的方法可以制备具有三维网状结构的泡沫镍。利用热重测试对所得泡沫镍在空气中的热稳定性进行了测试，测试中升温速率为 10°C/min，其结果参见图3。从图3所示的结果可以看到，当温度达到400°C时，样品的质量开始有所增加，这说明泡沫镍开始氧化；而当温度达到650°C时，质量变化开始趋于稳定， 说明泡沫镍已经完全被氧化。相应的A、B、C三个点为得到的泡沫镍样品在烧结温度分别为 300,550和700°C烧结后得到产物的X射线衍射图谱。这一结果结合其热重测试结果说明利用本发明得到的泡沫镍在温度低于400°C时都具有很好的稳定性。而本实施例中其烧结温度仅均低于400°C，因此所得到的产物具有很好的稳定性。采用与实施例相同的制备工艺，通过改变溶胶中硝酸镍的浓度，如溶胶中硝酸镍的浓度分别为0. 7摩/升、2. 0摩/升和4. 0摩/升，对所得产物进行扫描电镜和X射线衍射，其结果参见图4。由图4可见X射线衍射结果显示不同浓度下得到的产物均为立方结构的附。扫描电镜结果显示随着硝酸镍浓度的增加，得到泡沫镍的孔径逐渐增大。利用比表面积检测仪(BET氮气吸附法)对不同硝酸镍浓度制得的泡沫镍样品的表面积进行了测试结果参见图5。图5为各个样品的氮气吸附和脱附曲线，测试结果得到当硝酸镍的浓度从 0. 35摩/升变到4. 0摩/升时，泡沫镍的表面积分别为6. 5,4. 7,2. 8和2. 1米2/克。由这些数据可知，通过对溶胶中硝酸镍的浓度控制可以调节所得到泡沫镍产物的孔隙率及比表面积。实施例2 将硝酸镍(0. 35摩/升)溶解到乙二醇中，在80°C搅拌4小时得到溶胶，并在80°C 烘烤得到凝胶。将得到的凝胶在空气气氛下烧结，当温度升高到180 220°C时凝胶会自燃，等其充分燃烧后得到泡沫状金属镍。图6为将本实施例得到泡沫镍进行扫描电镜及X 射线衍射测试的结果。由图6可见，将溶剂换为乙二醇后，同样可以用本发明的方法得到泡沫状的镍。实施例3 将不同比例的硝酸镍和硝酸钴(总浓度为0. 35摩/升，硝酸镍和硝酸钴的比例分别为4 1,2 1,1 1和1 4)溶解到乙二醇甲醚中，在80°C搅拌4小时得到溶胶，并在80°C烘烤得到凝胶。将得到的凝胶在空气气氛下烧结，当温度升高到180 220°C时凝胶会自燃，等其充分燃烧后得到泡沫状镍钴金属合金。图7为得到产物的X射线衍射图谱， 结果显示得到的产物为MCo合金相。从图8显示的扫描电镜的结果可以看到，所有的MCo 合金都呈三维泡沫状结构。
权利要求
1.一种泡沫镍或泡沫镍钴合金的制备方法，其特征是将镍盐或者镍盐和钴盐溶于乙二醇甲醚或乙二醇溶剂中形成溶胶，经充分搅拌后烘烤得到凝胶，再将所得到的凝胶在空气中进行烧结使凝胶自燃，充分燃烧后得到泡沫状金属镍或泡沫状镍钴合金。
2.如权利要求1所述的泡沫镍或泡沫镍钴合金的制备方法，其特征是可以通过改变溶胶中镍盐的浓度，或者改变镍盐和钴盐的比例，控制所得到的产物的比表面积。
3.如权利要求1或2所述的泡沫镍或泡沫镍钴合金的制备方法，其特征是所用的镍盐为硝酸镍，所用的钴盐为硝酸钴。
全文摘要
本发明涉及一种泡沫镍或泡沫镍钴合金的制备方法。本发明的泡沫镍或泡沫镍钴合金的制备方法是将镍盐或者镍盐和钴盐溶于乙二醇甲醚或乙二醇溶剂中形成溶胶，经充分搅拌后烘烤得到凝胶，再将所得到的凝胶在空气中进行烧结使凝胶自燃，充分燃烧后得到泡沫状金属镍或泡沫状镍钴合金。本发明有制备工艺简单，烧结时不需要保护气体，制备成本低的优点，而且还可以通过改变溶胶中溶质的浓度，很容易地控制所得泡沫金属的比表面积。
文档编号C22C19/03GK102191395SQ20111009627
公开日2011年9月21日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者杨贵进, 薛德胜, 高大强 申请人:兰州大学