[发明专利]一种镁纳米线薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及金属薄膜技术领域，提供了一种镁纳米线薄膜的制备方法，本发明通过控制基底的倾斜角度和基底温度来控制纳米Mg薄膜的形貌。其中，当磁控溅射基底的倾斜角度为60°α89°，倾斜入射，沉积过程中，镁原子的扩散发生在磁控溅射束在膜表面上的投影的方向上，并且在平行于膜表面的方向上的扩散仅由入射角决定，可以使镁纳米线生长为直径均匀且镁纳米线分布均匀；当基底的温度为25～100℃时，能够得到分离良好的镁纳米线。实验结果表明，当基底温度为25℃，基底的倾斜角度为85°时，镁纳米线薄膜中镁纳米线分散良好，纳米线的直径为25～50nm，可以作为储氢固体材料。

技术领域

本发明涉及金属薄膜技术领域，尤其涉及一种镁纳米线薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球变暖问题和化石燃料消耗的增加，水电、太阳能和风能等可再生能源正日益取代传统燃料。与化石燃料相比，氢具有更高的化学能，且在燃料电池中产生的废气是水蒸气，没有任何其他温室气体或有害排放物。因此，氢相对于传统燃料具有巨大的应用潜力。然而，在将氢作为一种经济可行的燃料之前，需要解决氢的生产、分配和储存问题，特别是氢的储存问题亟需解决。由于固态材料与气体或液体相比具有更高的体积密度且更为安全，因此，目前常采用固态材料对氢进行存储来解决氢的存储问题。

在储存氢的固态材料中，镁具有含量丰富、低成本、低密度、低毒性和高氢容量和可逆性的特性，使得镁是常用的存氢固态材料。但是，该材料存在脱附温度高和吸氢动力慢和镁极易被氧氧化的缺陷，使得氢不易在其中扩散。多年来，多种研究致力于解决上述问题。比如Energy Rev. 2017 , 72, 523–534.研究了通过在催化剂材料存在(或不存在)下的机械球磨来减少Mg/MgH₂(小于1 µm)颗粒的尺寸，从而显著改善固态材料的吸附动力学。然而，这种方法得到的Mg/MgH₂颗粒尺寸仍然较大，只能改善固态材料的吸附动力学，而不能改善热力学参数。因此，需要进一步获得更小尺寸的Mg/MgH₂颗粒尺寸，来实现同时解决镁储氢材料脱附温度高、吸氢动力慢和镁极易被氧氧化的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁纳米线薄膜及其制备方法和应用，本发明制备的镁纳米线薄膜中镁纳米线尺寸较小，镁纳米线直径可以达到25~50 nm。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种镁纳米线薄膜的制备方法，采用磁控溅射在基底上沉积镁纳米线薄膜，

所述磁控溅射的靶材为Mg靶；

所述Mg靶与基底之间的距离为60 ~80 mm；

所述磁控溅射在氩气保护下进行；

所述磁控溅射时基底的温度为25~100℃；

所述磁控溅射时基底的倾斜角度60°α89°。

优选地，所述基底包括导电硅晶片、SiO₂片或Al₂O₃片。

优选地，所述Mg靶的纯度大于等于99.99wt%。

优选地，所述磁控溅射时基底的温度为25~80℃。

优选地，所述磁控溅射的功率为20~100 W。

优选地，所述磁控溅射时的工作气压为0.13~1.3 Pa。

优选地，所述磁控溅射的时间为10~60 min。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备的镁纳米线薄膜，所述镁纳米线薄膜中镁纳米线的直径为20~100 nm。

本发明还提供了上述技术方案所述的镁纳米线薄膜作为储氢固态材料的应用。