[发明专利]利用形状记忆合金表面浮凸实现薄膜拉伸弹性应变的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用形状记忆合金表面浮凸实现薄膜拉伸弹性应变的方法，属于形状记忆合成材料应用技术领域。

背景技术

纳米薄膜指的是在衬底表面上由原子、分子或离子沉积形成的厚度小于100nm的二维材料，它兼具一般薄膜和纳米材料的优越性能。

纳米薄膜在电学、光学、磁学、催化等领域具有广阔的应用前景，然而，由于材料本身的物理和化学性能所限，纳米薄膜的性能还不能满足人们的要求，因此人们尝试使用掺杂、晶格错配等多种手段来实现材料功能特性的调节，这些方法的根本就是利用掺杂、晶格畸变来改变原子间距来调节材料的物理和化学等特性，进而优化材料各项性能，人们将这项工作称之为弹性应变工程。

通常人们大多采用晶格错配或者掺杂等方法来实现纳米薄膜材料的弹性应变工程，然而这些方法大多工艺复杂，成本高昂，变形量小且难于控制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种实现薄膜拉伸弹性应变的方法，其是采用形状记忆合金的表面浮凸来带动纳米薄膜实现拉伸弹性应变，该方法具有简单易行等特点。

为达到上述目的，本发明提供了一种利用形状记忆合金表面浮凸实现纳米薄膜拉伸弹性应变的方法，其包括以下步骤：

在形状记忆合金衬底的表面进行沉积得到纳米薄膜，然后对带有纳米薄膜的形状记忆合金衬底进行低温深冷处理使所述形状记忆合金衬底发生马氏体相变，形成浮凸褶皱，从而使纳米薄膜产生拉伸弹性应变。

在上述方法中，优选地，所采用的形状记忆合金为FeNiCoTi形状记忆合金。

在上述方法中，优选地，所采用的形状记忆合金衬底是通过以下步骤制备的：

根据Fe∶Ni∶Co∶Ti＝55∶31∶10∶4的重量比选取纯度在99.9wt.％以上的单质铁、单质镍、单质钴和单质钛；

将单质铁、单质镍、单质钴和单质钛放入真空度高于10^-1Pa或惰性气体保护的熔炼炉中，熔炼成FeNiCoTi形状记忆合金材料，得到铸锭；

在真空度高于10^-1Pa的真空中或惰性气体保护中在800-1050℃对铸锭进行均匀化退火5-60h；

将退火后的铸锭进行冷轧和950℃再结晶退火，得到直径为10-15mm(优选为12mm)的棒材；

将棒材经过1100-1300℃热处理10-30min(优选为1200℃热处理10min)后，进行水淬火；

将经过水淬火的棒材切成1-3mm厚(优选为2mm)的薄片，经过打磨抛光得到所述形状记忆合金衬底。

在上述方法中，优选地，所述纳米薄膜为ZnO、TiO₂、CuO、Cu₂O或Co₃O₄纳米薄膜等。

在上述方法中，优选地，沉积是通过脉冲激光沉积进行的。更优选地，上述沉积包括以下步骤：

将制备纳米薄膜的陶瓷靶放入脉冲激光沉积装置的生长室中，保持陶瓷靶与衬底的距离为4.5cm；

将生长室真空度抽至10^-3Pa以下，保持形状记忆合金衬底在室温或者将形状记忆合金衬底加热升温到300-600℃，生长室内通入O₂，控制生长室内的压强为0.001-100Pa；

开启激光器，使激光束聚焦到陶瓷靶的靶面烧蚀靶材，在形状记忆合金衬底表面沉积得到纳米薄膜，激光能量为340mJ，频率为5Hz。

在上述方法中，优选地，低温深冷处理是指：将带有纳米薄膜的形状记忆合金样品置于冷却液中保持2分钟，使所述形状记忆合金衬底发生马氏体相变，形成浮凸褶皱，从而使纳米薄膜产生拉伸弹性应变。

在上述方法中，优选地，所述冷却液为液氮或液氮与乙醇的混合物，冷却温度为-30℃至-120℃。更优选地，在上述液氮与乙醇的混合物中，液氮与乙醇的体积比为1∶1-1∶2。

本发明还提供了一种具有大弹性应变的纳米薄膜，其是通过上述的方法制备的。该纳米薄膜可以为ZnO、TiO₂、CuO、Cu₂O或Co₃O₄纳米薄膜。

通过本发明所提供的方法制备的纳米薄膜在室温的条件下拉伸弹性应变状态可以稳定存在。本发明所提供的方法对纳米薄膜的种类和面积大小没有限制，在实际的生产生活中有着非常重要的实用价值。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下技术效果：