浅谈几种纳米多孔金属材料的制备方法

发布时间 | 2025-08-13 14:43 分类 | 粉体加工技术点击量 | 43

导读：目前常见的几种纳米多孔金属材料制备方法。

纳米多孔金属材料是一种具有高比表面积的三维空间海绵状金属材料，它不但拥有金属材料抗疲劳、高导电、高导热等优异特性，还拥有利于小分子传输的孔洞结构，且韧带表面具有丰富的配位原子以及独特的自支撑结构，可以有效地避免团聚现象。基于以上种种特性及结构，纳米多孔材料在近年来引起人们的广泛关注。由于纳米多孔金属材料的性能取决于孔径大小、分布、材料表面成分等因素的影响，因此需要合理选择恰当的制作方法和工艺，以获得不同尺寸、形貌和成分的纳米多孔金属材料。接下来，小编将为大家介绍目前常见的几种纳米多孔金属材料制备方法。

纳米多孔金属材料在各个领域的应用

纳米多孔金属材料在各个领域的应用（图源：文献2）

1、脱合金法

脱合金法是利用合金体系中各元素之间或各合金相之间活泼性的不同，选择性移除相对活泼的组分，使得余下的组分形成纳米多孔结构。前者是元素的溶解和扩散过程，当活泼元素溶解时，相对稳定元素的原子从合金表面释放出来，并重新自组织成团簇。这些团簇形成了最终三维多孔结构的初始表面，随着溶解传播到下一个和更多的原子层，新的活泼元素溶解和稳定元素扩散重组过程又会再次发生，直至形成三维双连续纳米多孔结构。此时，除了脱合金前沿的溶解和重组过程，溶解后方的粗化过程也在进行，多孔成熟韧带尺寸与熔点成反比。后者是活泼金属相溶解而稳定金属相保留的过程，通常不涉及扩散过程，且没有粗化过程，多孔韧带的大小只跟母相合金中稳定合金相的大小有关。依照脱合金法的实施方式或机理可分为自由腐蚀脱合金、电化学脱合金、气相脱合金和液态金属脱合金。这种工艺操作较为简单、价格低、可实现大批量生产，其腐蚀过程易于控制，制备出的多孔金属具有纯度高、结构均匀的特点。

脱合金模型示意图

脱合金模型示意图（图源：文献4）

2、模板法

模板法是将具有纳米结构、形状易于控制的材料作为模板，通过蒸镀、电镀、溶胶-凝胶法等方式在模板表面形成金属沉积层，再将成型的复合材料进行退模，通过高温烧结、溶解、溶胀等方式，将模板从多孔金属材料中去除，留下具有孔洞结构的金属材料。其主要是通过控制模板的形貌和大小，调节沉积层的厚度和组成，来制备出具有不同孔径和组成的多孔金属材料。目前，主流的模板法有AAO模板法和氢气泡模板法。这种工艺的优势在于其制备的多孔金属材料具有广泛的孔径分布范围，而且可以精确地调控孔径大小，缺点是制作成本高且孔结构和尺寸一旦确定无法调节。

胶态晶体模板制备多孔结构

胶态晶体模板制备多孔结构（图源：文献1）

*a)前驱体渗透预成型的胶体晶体;b)模板球与纳米颗粒共同沉积;c)核壳结构周期性阵列，形成空腔

3、沉积法

沉积法是指采用物理或化学的方法，把金属沉积在容易分解且具有一定空隙结构的有机物上（如聚氨酯泡沫、聚丙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚酰胺泡沫或其他聚合物等），再采用热处理或化学溶解的方法除去内部有机体材料，从而得到多孔金属材料的方法。常用的沉积法有电沉积法和气相沉积法。这种工艺所获得的多孔金属材料具有孔连通性好、孔隙率高的特点，但存在需要进行污染物处理和废液处理的问题。

（1）电沉积法：首先是选取易分解的三维网状多孔有机物作为基体，其厚度、形状、孔径决定了多孔金属的形貌，然后对基体进行预处理使其具有导电性，预处理一般包括脱脂、粗化、导电化处理三个步骤，再用电化学的方式将金属沉积在基体表面，最后经过加热处理除去基体，得到多孔金属结构材料。电沉积的优点是制得的多孔金属材料的孔隙率高（80%-99%）、孔径分布均匀，且能够得到相互连通的三维网状结构的多孔材料，但所制样品厚度有限、成本较高。目前常用于制备镍、铜、钴、铬、铁、金、银等多孔金属。

（2）气相沉积法：气相沉积法是在真空条件下将金属或者金属化合物加热挥发成金属蒸汽，然后沉积在具有一定形状的聚合物基底上，形成一定厚度的金属沉积层，冷却后采用化学或热处理的方法将聚合物去除，得到通孔金属多孔材料的方法。这种方法的优点是适合于任何金属与合金，制得的材料孔隙率高（80%-95%）、孔径规则，但其对设备要求高、沉积速度慢、成本较高。

4、烧结法

烧结法是采用金属或合金粉末为原料，通过添加或不添加成孔剂、无压或有压成型，再进行高温烧结而制成的具有钢性结构的多孔材料。其过程大致可以归纳为“制粉-成型-烧结”三步，制粉就是把金属粉末和造孔剂进行搅拌，再在模具内加压成型，获得既定大小和形状的压坯。最后，以设定的温度、压力进行加热烧结，由此获得多孔烧结体。这种方法制得的产品孔隙率通常为40%-60%，具备大规模工业化生产的优势。烧结方法包括松装粉末烧结、成型粉末烧结、浆料烧结以及等离子体烧结法。

松装粉末烧结和成型粉末烧结制备工艺流程