本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有核殼結(jié)構(gòu)的cuo/al納米含能薄膜材料的制備方法。

背景技術(shù)：

納米鋁熱劑由納米尺度的氧化劑與還原劑組成，又稱作亞穩(wěn)態(tài)分子間復(fù)合物。組分納米化后，比表面積顯著增加，氧化劑與還原劑接觸面積增大，擴(kuò)散傳質(zhì)距離縮小，化學(xué)反應(yīng)速率迅速增加。此外，表面能的顯著增加使得納米鋁熱劑的反應(yīng)活性增強(qiáng)，反應(yīng)活化能降低，減少了反應(yīng)引發(fā)過程中的能量消耗。納米鋁熱劑的高體積能量密度、高化學(xué)反應(yīng)速率等優(yōu)異特性使其在含能點(diǎn)火芯片、微納衛(wèi)星姿態(tài)控制及推進(jìn)、微流體驅(qū)動、微創(chuàng)滅菌等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。較之于超聲隨機(jī)混合所得納米鋁熱劑，經(jīng)特定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的納米鋁熱劑在氧化劑與還原劑的空間分布均勻性及界面結(jié)合緊密度上均有較大改善，因此具有更優(yōu)越的能量釋放特性。

kailizhang等在核殼結(jié)構(gòu)cuo/al納米含能薄膜研究領(lǐng)域進(jìn)行了部分開創(chuàng)性的工作，通過電鍍方法沉積1μm厚cu薄膜至硅基底上，然后將基底置于管式爐中，在空氣氣氛下加熱至450℃，保溫5h后自然冷卻至室溫，得到cuo納米線，最后通過真空熱蒸發(fā)方法沉積納米al包裹c(diǎn)uo納米線，從而得到核殼結(jié)構(gòu)cuo/al納米含能薄膜(appliedphysicsletters，2007，91(11)：113117；journalofmicroelectromechanicalsystems，2008，17(4)：832-836；journalofmaterialsscience，2012，47(3)：1296-1305)。該方法制備的核殼結(jié)構(gòu)cuo/al納米含能薄膜具有組分間接觸緊密、純度高、尺寸可調(diào)及放熱量高等優(yōu)點(diǎn)，但其制備過程中所采用的450℃高溫處理帶來如下兩個(gè)主要問題：一是由于cu薄膜熱氧化過程中的應(yīng)力問題，造成cuo納米線薄膜容易脫落，成品率低；二是高溫處理能耗很大，而且與后端cmos工藝不兼容。wenchaozhang等研究了基于三維有序大孔氧化物的核殼結(jié)構(gòu)納米含能薄膜材料，通過膠體晶體模板法在玻璃基底上形成聚苯乙烯球模板，然后浸漬金屬鹽前驅(qū)體，再經(jīng)500℃高溫煅燒去除模板同時(shí)使金屬鹽分解為相應(yīng)金屬氧化物，最后通過真空物理氣相沉積方法包覆納米al，從而得到核殼結(jié)構(gòu)納米含能薄膜材料(acsappliedmaterials&interfaces，2013，5(2)：239-242；scientificreports，2016，6：22588)。該方法可用于制備多種納米含能薄膜鋁熱劑，但制備過程中氧化物骨架結(jié)構(gòu)容易坍塌，制備重復(fù)性難以保證，而且制備過程中仍需高溫處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種制備過程中無需高溫處理(≤200℃)，具有核殼結(jié)構(gòu)及優(yōu)異反應(yīng)特性的cuo/al納米含能薄膜材料的制備方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種核殼結(jié)構(gòu)cuo/al納米含能薄膜材料的制備方法，首先利用真空物理氣相沉積技術(shù)在基底上制備cr過渡層及cu薄膜，再在室溫下將基底置于含有naoh和(nh4)2s2o8的混合液中得到具有一維納米結(jié)構(gòu)的cu(oh)2薄膜材料，然后經(jīng)熱處理得到具有一維納米結(jié)構(gòu)的cuo薄膜材料，最后利用物理氣相沉積技術(shù)將納米al包覆至cuo一維納米結(jié)構(gòu)上得到核殼結(jié)構(gòu)cuo/al納米含能薄膜材料，具體步驟如下：

第一步，利用真空物理氣相沉積技術(shù)在基底上制備cr過渡層及cu薄膜；

第二步，將第一步得到的鍍有cr過渡層及cu薄膜的基底置于naoh濃度為3～4mol/l和(nh4)2s2o8濃度為0.15～0.2mol/l的混合液中，反應(yīng)5～10min，經(jīng)表面氧化處理得到具有一維納米結(jié)構(gòu)的cu(oh)2薄膜材料；

第三步，將第二步得到的具有一維納米結(jié)構(gòu)的cu(oh)2薄膜材料在空氣氣氛中經(jīng)180～200℃熱處理，得到具有一維納米結(jié)構(gòu)的cuo薄膜材料；

第四步，利用真空物理氣相沉積技術(shù)，將納米al包覆至第三步得到的具有一維納米結(jié)構(gòu)的cuo薄膜材料，得到核殼結(jié)構(gòu)cuo/al納米含能薄膜材料。

第一步中，所述的基底為硅基底、玻璃基底或陶瓷基底，所述的真空物理氣相沉積技術(shù)為磁控濺射技術(shù)或電子束蒸發(fā)技術(shù)。

第一步中，所述的cr過渡層厚度為20～30nm，所述的cu薄膜厚度為500～1000nm。

第三步中，升溫速率為3～5℃/min，保溫時(shí)間4～6h。

第四步中，所述的真空物理氣相沉積技術(shù)為熱蒸發(fā)技術(shù)或磁控濺射技術(shù)，al薄膜厚度為1～2μm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明的核殼結(jié)構(gòu)cuo/al納米含能薄膜材料的制備過程中溫度限制在200℃以下，相較之前方法中采用的≥450℃高溫處理過程，能耗大大降低，并且與后端cmos工藝相兼容，制備過程重復(fù)性好。

附圖說明

圖1是核殼結(jié)構(gòu)的cuo/al納米含能薄膜材料的制備過程示意圖。

圖2是實(shí)施例1制得的cuo一維納米結(jié)構(gòu)的sem圖。

圖3是實(shí)施例1制得的具有核殼結(jié)構(gòu)的cuo/al的sem圖。

圖4是實(shí)施例1制得的具有核殼結(jié)構(gòu)的cuo/al的tem圖

圖5是實(shí)施例1制得的具有核殼結(jié)構(gòu)的cuo/al的xrd譜圖。

圖6是實(shí)施例1制得的具有核殼結(jié)構(gòu)的cuo/al的dsc圖。

圖7是對比例制得的不具有一維納米結(jié)構(gòu)的cu(oh)2的sem圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。

結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種核殼結(jié)構(gòu)cuo/al納米含能薄膜材料的制備方法，具體步驟如下：

第一步，利用真空物理氣相沉積技術(shù)在基底上制備cr過渡層及cu薄膜；

第二步，將第一步得到的鍍有cr過渡層及cu薄膜的基底置于由naoh溶液和(nh4)2s2o8溶液組成的混合液中，經(jīng)表面氧化處理得到具有一維納米結(jié)構(gòu)的cu(oh)2薄膜材料；

第三步，將第二步得到的具有一維納米結(jié)構(gòu)的cu(oh)2薄膜材料置于馬弗爐中，在空氣氣氛中經(jīng)180～200℃熱處理，得到具有一維納米結(jié)構(gòu)的cuo薄膜材料；

第四步，利用磁控濺射沉積技術(shù)，將納米al包覆至第三步得到的具有一維納米結(jié)構(gòu)的cuo薄膜材料，得到核殼結(jié)構(gòu)cuo/al納米含能薄膜材料。

實(shí)施例1

第一步：利用磁控濺射技術(shù)在硅基底沉積20nm厚cr過渡層及500nm厚cu薄膜；

第二步，將第一步得到的鍍有20nm厚cr過渡層及500nm厚cu薄膜的硅基底置于由3mol/lnaoh溶液和0.15mol/l(nh4)2s2o8溶液組成的混合液中，經(jīng)5min表面氧化處理，得到具有一維納米結(jié)構(gòu)的cu(oh)2薄膜材料；

第三步，將第二步得到的具有一維納米結(jié)構(gòu)的cu(oh)2薄膜材料置于馬弗爐中，經(jīng)3℃/min升溫速率升溫至180℃，保溫4h，得到具有一維納米結(jié)構(gòu)的cuo薄膜材料，通過sem表征其表面顯微形貌，結(jié)果如圖2所示；

第四步，利用磁控濺射沉積技術(shù)，將名義厚度1μm的al薄膜包覆至第三步得到的具有一維納米結(jié)構(gòu)的cuo薄膜材料，得到核殼結(jié)構(gòu)cuo/al納米含能薄膜材料，通過sem表征其表面顯微形貌，結(jié)果如圖3所示；通過tem表征cuo/al核殼結(jié)構(gòu)，結(jié)果如圖4所示；通過xrd表征其結(jié)構(gòu)組成，結(jié)果如圖5所示；通過dsc表征其放熱性能，結(jié)果如圖6所示，在210～400℃，520℃～al熔化，以及al熔化后分別有一個(gè)放熱峰，總放熱量約2000j/g，表明所制備材料具有優(yōu)異的反應(yīng)特性。

實(shí)施例2

第一步：利用電子束蒸發(fā)技術(shù)在玻璃基底沉積30nm厚cr過渡層及1000nm厚cu薄膜；

第二步，將第一步得到的鍍有30nm厚cr過渡層及1000nm厚cu薄膜的硅基底置于由4mol/lnaoh溶液和0.2mol/l(nh4)2s2o8溶液組成的混合液中，經(jīng)10min表面氧化處理，得到具有一維納米結(jié)構(gòu)的cu(oh)2薄膜材料；

第三步，將第二步得到的具有一維納米結(jié)構(gòu)的cu(oh)2薄膜材料置于馬弗爐中，經(jīng)5℃/min升溫速率升溫至200℃，保溫6h，得到具有一維納米結(jié)構(gòu)的cuo薄膜材料；

第四步，利用熱蒸發(fā)技術(shù)，將名義厚度2μm的al薄膜包覆至第三步得到的具有一維納米結(jié)構(gòu)的cuo薄膜材料，得到核殼結(jié)構(gòu)cuo/al納米含能薄膜材料。

本實(shí)施例制得的核殼結(jié)構(gòu)cuo/al納米含能薄膜材料表面顯微形貌、核殼結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)組成和放熱性能與實(shí)施例1相似。

對比例

第一步：利用電子束蒸發(fā)技術(shù)在玻璃基底沉積30nm厚cr過渡層及1000nm厚cu薄膜；

第二步，將第一步得到的鍍有30nm厚cr過渡層及1000nm厚cu薄膜的硅基底置于由4mol/lnaoh溶液和0.2mol/l(nh4)2s2o8溶液組成的混合液中，經(jīng)15min表面氧化處理，得到的cu(oh)2不具有一維納米結(jié)構(gòu)，其sem圖如圖7所示，說明反應(yīng)時(shí)間對cu(oh)2一維納米結(jié)構(gòu)的制備乃至后續(xù)cuo/al核殼結(jié)構(gòu)的形成至關(guān)重要。