淺談幾種納米多孔金屬材料的制備方法

發布時間 | 2025-08-13 14:43 分類 | 粉體加工技術點擊量 | 101

導讀：目前常見的幾種納米多孔金屬材料制備方法。

納米多孔金屬材料是一種具有高比表面積的三維空間海綿狀金屬材料，它不但擁有金屬材料抗疲勞、高導電、高導熱等優異特性，還擁有利于小分子傳輸的孔洞結構，且韌帶表面具有豐富的配位原子以及獨特的自支撐結構，可以有效地避免團聚現象。基于以上種種特性及結構，納米多孔材料在近年來引起人們的廣泛關注。由于納米多孔金屬材料的性能取決于孔徑大小、分布、材料表面成分等因素的影響，因此需要合理選擇恰當的制作方法和工藝，以獲得不同尺寸、形貌和成分的納米多孔金屬材料。接下來，小編將為大家介紹目前常見的幾種納米多孔金屬材料制備方法。

納米多孔金屬材料在各個領域的應用

納米多孔金屬材料在各個領域的應用（圖源：文獻2）

1、脫合金法

脫合金法是利用合金體系中各元素之間或各合金相之間活潑性的不同，選擇性移除相對活潑的組分，使得余下的組分形成納米多孔結構。前者是元素的溶解和擴散過程，當活潑元素溶解時，相對穩定元素的原子從合金表面釋放出來，并重新自組織成團簇。這些團簇形成了最終三維多孔結構的初始表面，隨著溶解傳播到下一個和更多的原子層，新的活潑元素溶解和穩定元素擴散重組過程又會再次發生，直至形成三維雙連續納米多孔結構。此時，除了脫合金前沿的溶解和重組過程，溶解后方的粗化過程也在進行，多孔成熟韌帶尺寸與熔點成反比。后者是活潑金屬相溶解而穩定金屬相保留的過程，通常不涉及擴散過程，且沒有粗化過程，多孔韌帶的大小只跟母相合金中穩定合金相的大小有關。依照脫合金法的實施方式或機理可分為自由腐蝕脫合金、電化學脫合金、氣相脫合金和液態金屬脫合金。這種工藝操作較為簡單、價格低、可實現大批量生產，其腐蝕過程易于控制，制備出的多孔金屬具有純度高、結構均勻的特點。

脫合金模型示意圖

脫合金模型示意圖（圖源：文獻4）

2、模板法

模板法是將具有納米結構、形狀易于控制的材料作為模板，通過蒸鍍、電鍍、溶膠-凝膠法等方式在模板表面形成金屬沉積層，再將成型的復合材料進行退模，通過高溫燒結、溶解、溶脹等方式，將模板從多孔金屬材料中去除，留下具有孔洞結構的金屬材料。其主要是通過控制模板的形貌和大小，調節沉積層的厚度和組成，來制備出具有不同孔徑和組成的多孔金屬材料。目前，主流的模板法有AAO模板法和氫氣泡模板法。這種工藝的優勢在于其制備的多孔金屬材料具有廣泛的孔徑分布范圍，而且可以精確地調控孔徑大小，缺點是制作成本高且孔結構和尺寸一旦確定無法調節。

膠態晶體模板制備多孔結構

膠態晶體模板制備多孔結構（圖源：文獻1）

*a)前驅體滲透預成型的膠體晶體;b)模板球與納米顆粒共同沉積;c)核殼結構周期性陣列，形成空腔

3、沉積法

沉積法是指采用物理或化學的方法，把金屬沉積在容易分解且具有一定空隙結構的有機物上（如聚氨酯泡沫、聚丙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚酰胺泡沫或其他聚合物等），再采用熱處理或化學溶解的方法除去內部有機體材料，從而得到多孔金屬材料的方法。常用的沉積法有電沉積法和氣相沉積法。這種工藝所獲得的多孔金屬材料具有孔連通性好、孔隙率高的特點，但存在需要進行污染物處理和廢液處理的問題。

（1）電沉積法：首先是選取易分解的三維網狀多孔有機物作為基體，其厚度、形狀、孔徑決定了多孔金屬的形貌，然后對基體進行預處理使其具有導電性，預處理一般包括脫脂、粗化、導電化處理三個步驟，再用電化學的方式將金屬沉積在基體表面，最后經過加熱處理除去基體，得到多孔金屬結構材料。電沉積的優點是制得的多孔金屬材料的孔隙率高（80%-99%）、孔徑分布均勻，且能夠得到相互連通的三維網狀結構的多孔材料，但所制樣品厚度有限、成本較高。目前常用于制備鎳、銅、鈷、鉻、鐵、金、銀等多孔金屬。

（2）氣相沉積法：氣相沉積法是在真空條件下將金屬或者金屬化合物加熱揮發成金屬蒸汽，然后沉積在具有一定形狀的聚合物基底上，形成一定厚度的金屬沉積層，冷卻后采用化學或熱處理的方法將聚合物去除，得到通孔金屬多孔材料的方法。這種方法的優點是適合于任何金屬與合金，制得的材料孔隙率高（80%-95%）、孔徑規則，但其對設備要求高、沉積速度慢、成本較高。

4、燒結法

燒結法是采用金屬或合金粉末為原料，通過添加或不添加成孔劑、無壓或有壓成型，再進行高溫燒結而制成的具有鋼性結構的多孔材料。其過程大致可以歸納為“制粉-成型-燒結”三步，制粉就是把金屬粉末和造孔劑進行攪拌，再在模具內加壓成型，獲得既定大小和形狀的壓坯。最后，以設定的溫度、壓力進行加熱燒結，由此獲得多孔燒結體。這種方法制得的產品孔隙率通常為40%-60%，具備大規模工業化生產的優勢。燒結方法包括松裝粉末燒結、成型粉末燒結、漿料燒結以及等離子體燒結法。

松裝粉末燒結和成型粉末燒結制備工藝流程