[发明专利]Laves相氢化方法制备的金属合金纳米棒或纳米线及工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一类Laves相合金以及用这种合金制备单质锰及锰合金纳米棒和纳米线状晶须的独特氢化工艺，特别提供了一种Laves相氢化方法制备的金属合金纳米棒或纳米线及工艺及工艺。

背景技术

晶须是一种直径为几十纳米到几十微米，长度可达数厘米的单晶体。上世纪40年代中期，美国贝尔电话公司首次发现从电器设备的镀层上自发生长出Cd与Sn的针状晶体，其在显微镜下犹如猫的胡须，被命名为晶须。

一般金属中都存在一定数量的晶体缺陷，在外力作用下，只要使少数原子发生短距离的移动，就可以通过缺陷导致塑性变形或断裂。而晶须内部原子完全按照晶体规则排列，是一种几乎没有缺陷的理想晶体，只有当外力增加到使一部分原子相对于另一部分原子作整体移动时，才能产生塑性变形或断裂，因此强度极高，接近晶体的理论强度。我们知道，用于工程构件的金属材料，都要求有较高的强度。添加合金元素制成合金，采用热处理改善内部组织，变形产生加工硬化等，都可以提高金属材料的强度。目前，经过特殊处理的超高强度合金钢的抗拉强度可达1200～2800MPa。而直径为1微米左右的铁晶须的抗拉强度却可以达到13400MPa，比超高强度钢还高出4～10倍。目前，金属材料的强度潜力远远没有充分发挥，晶须的高强度显示了大幅度提高金属强度的可能性。如果我们制造出像晶须那样可供直接应用的理想晶体，就无异于增加了数十倍金属材料产量，甚至从根本上改变人类的生活环境和条件。因为晶须十分细小，一般不能作为结构材料独立使用，但可以用一些极细的金属晶须编织成较粗的线材，或让晶须作为补强增韧材料与其他材料组合成复合纤维增强材料。这些晶须材料具有着重要的应用价值，不仅被用于制造航空航天器的机翼、旋翼、尾翼及起落架等部件，而且深入到人们的日常生活中，如制作晶须复合材料高尔夫球杆等器件。

近年来，由于纳米材料的兴起，直径为一百纳米以下的纳米晶须由于其独特的性质与功能正受到人们越来越多的重视。有很多高科技的物理现象与纳米尺度的材料有关，如电导量子化、单电子隧穿、金属-绝缘体相变等现象。而纳米晶须正是可以使这些物理现象变为应用的重要器件，例如可以以磁性纳米铁晶须为基础制作纳米磁性隧道结，也可以纳米硅晶须为基础制作半导体纳米器件替代传统的单晶硅电子器件等等。将这些新型纳米器件用于磁性、光学、半导体储存器等电子器件，将带来更高的工作性能、更快的运行速度、更低的功耗与价格等一系列技术进步。

某些晶须可以自发生成，而更多的是通过人工方法制成。很多金属都可以在一定条件下自发生成晶须，而在常温下可以生长的晶须只有Sn、Cd、Bi等低熔点的软金属，其中熔点最高的是Au晶须，其熔点为1064℃，硬度最高的是Ga晶须，其维氏硬度为50。人工制造晶须的常用方法有蒸发凝固法与化学反应法，而且除了金属单质，非金属以及多种化合物晶须都可以通过人工制造。目前人们已利用各种方法制备出了几十种单质材料(如Sn、Bi、Fe、Si、C等)，以及上百种化合物(如SiC、AlN、Al₂O₃等)的晶须。在这些方法中，利用特定的条件使金属在常温下自发地生长出合乎应用要求的纳米晶须是一项具有良好前景的工艺。例如，通过控制残余应力，可以从Bi-Cr-N薄膜中生长出高质量的规则的Bi的纳米晶须。

发明内容

本发明的目的是提供了Laves相氢化方法制备的金属合金纳米棒或纳米线及工艺。

本发明首先提供了一类可生成单质锰及其合金的纳米晶须的Laves相合金，合金成分的表达式为：

Ti_1-xZr_x(Mn_1-yCr_y)₂

x、y为原子分数。x＝0～1.0，y＝0～0.9。

在上述合金中，生成的单质锰及其合金纳米晶须在质量和数量上最优的是Ti_0.1Zr_0.9(Mn_0.5Cr_0.5)₂合金。

本发明其次提供了一个使Laves相合金生长出单质锰及其合金纳米晶须的工艺，本工艺的要点是对合金进行反复的充氢/脱氢处理，在此基础上对脱氢处理后含有少量氢的样品在乙醇溶液内进行超声波振动处理，并在空气中放置12到72小时。

本发明进一步提供了一个制备新型六方结构单质锰及其合金相的工艺。

制备方法：