[发明专利]处理金属结构的表面的方法

说明书

一种处理金属结构的表面的方法，该金属结构由第一金属材料制成；该方法包括以下步骤：(a)将由第一金属材料和第二金属材料制成的合金材料与该结构结合；以及(b)蚀刻从步骤(a)之后获得的结构中蚀刻掉至少一些第一金属材料，以获得与处理前的金属结构相比具有增大的比表面积的经处理的结构。

技术领域

本发明涉及一种处理金属结构的表面的方法，并且具体地但不限于涉及一种电化学处理泡沫金属表面以便在泡沫金属上获得纳米结构表面的方法。经处理的结构具有增大的比表面积和表面粗糙度，并且可以在不同的应用中用作电极，过滤器，吸收器，催化剂和传感器。

背景技术

作为一种三维多孔块体材料(bulk material)，泡沫金属在许多工程领域中具有实际重要性。通常，泡沫金属被广泛用于热交换器、过滤器、能量和声音吸收器。最近，开孔(open-cell)泡沫金属因其作为锂离子电池(LIB)、超级电容器、燃料电池和传感器的电活性材料的电荷收集器/质量支撑件的新应用而备受关注。与多孔纳米材料相比，开孔泡沫金属因其低成本、易于制造、良好的机械性能、高孔隙率、重量轻以及高导热性和导电性而脱颖而出。由开孔泡沫金属提供的适当尺寸(例如几厘米厚)和坚固架构对于简单和快速的设备集成和组装极具吸引力。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种处理金属结构的表面的方法，该金属结构由第一金属材料制成；该方法包括以下步骤：(a)将由第一金属材料和第二金属材料制成的合金材料与金属结构结合；以及(b)从步骤(a)之后获得的结构中移除或蚀刻掉至少一些第一金属材料，以获得与处理前的金属结构相比具有增大的比表面积的经处理的结构。优选地，金属结构仅由第一金属材料制成；以及合金材料仅由第一金属材料和第二金属材料制成。在一个实施例中，在步骤(b)中蚀刻掉的第一金属材料来自于合金材料和原始金属结构。在另一个实施例中，在步骤(b)中蚀刻掉的第一金属材料仅来自于合金材料。

在第一方面的一个实施例中，经处理的结构具有带纳米孔的纳米结构表面(纳米级的孔)。

在第一方面的一个实施例中，步骤(a)包括将合金材料电沉积到金属结构上。

在第一方面的一个实施例中，电化电池用于将合金材料电沉积到金属结构上；电化电池包括电连接的第一电极、第二电极和电解质；其中，待处理的金属结构作为第一电极被连接；以及电解质包括具有第一金属材料的离子和第二金属材料的离子的溶液。优选地，电化电池具有额外的第三参考电极。

在第一方面的一个实施例中，电解质溶液还含有酸。酸可以是硼酸。

在第一方面的一个实施例中，步骤(b)包括将第一金属材料的至少一些电化学去合金化。在一个实施例中，步骤(b)中被去合金化的第一金属材料来自于合金材料和原始金属结构。在另一个实施例中，步骤(b)中被去合金化的第一金属材料仅来自于合金材料。

在第一方面的一个实施例中，步骤(b)中的去合金化是在具有第一金属材料的离子、第二金属材料的离子和酸的溶液中进行的。在一个实施例中，步骤(b)中使用的溶液可含有步骤(a)中使用的电解质溶液。

在第一方面的一个实施例中，步骤(b)中的去合金化是在包含HCl、HNO₃、H₂SO₄或铵的酸性溶液中进行的。

在第一方面的一个实施例中，步骤(a)中的电沉积是通过将第一电压在第一持续时间内施加到金属结构来进行的；以及步骤(b)中的去合金化是通过将不同于第一电压的第二电压在第二持续时间内施加到步骤(a)之后获得的结构来进行的。第一和第二持续时间优选地是相同的但它们也可以是不同的。.

在第一方面的一个实施例中，第一持续时间是1秒至60秒。

在第一方面的一个实施例中，第二持续时间是1秒至60秒。