基于表面效应三维纳米多孔金属力学性能的有限元分析

纳米多孔金属是一类包含大量纳米尺度孔洞的金属材料,孔洞突出的表面效应,使得其具有比传统多孔金属更为优异的力学性能.相对于理论和分子动力学仿真,有限元方法更适用于复杂结构模型,但受限于理论难度,以往研究仍将纳米多孔金属模型简化为较为简单的二维结构,因此无法真实刻画纳米多孔金属的力学性能.为此,基于Gurtin-Murdoch表面理论,成功构建计入纳米表面效应的有限元表面单元,并考虑微观结构非均匀性,发展面向一般三维纳米多孔金属力学行为的有限元计算模型,将计算得到的纳米孔附近应力分布与参考文献进行对比分析,验证了所构建有限元模型的有效性.通过对包含单球孔和随机多球孔的纳米多孔金属进行单轴拉伸和单轴压缩模拟,揭示了孔隙率、孔洞数量和表面参数对纳米多孔金属杨氏模量、压缩屈服强度和吸能性的影响规律.结果表明:所构建的有限元模型可准确捕捉纳米孔附近应力分布,相对于表面拉梅常数,纳米多孔金属的杨氏模量显著依赖于孔洞表面残余应力和加载方向.所构建的有限元模型为纳米多孔金属力学性能预测提供科学依据.

纳米多孔金属制备及其在传感检测领域的应用

纳米多孔金属是一类具有三维孔隙/韧带双连通结构的材料,具备高比表面积、化学稳定、特征结构稳定可调控、可选材料体系众多等特点,已成为电化学催化、储能领域的研究热点。近年来,基于其微纳尺度特征尺寸及金属特有的表面等离激元效应,纳米多孔金属已展现出在传感及检测应用领域的巨大潜力。文章讨论了纳米多孔金属的各类制备方法的优缺点,并简要介绍了金属表面等离激元材料及其在检测、致动、传感领域的典型应用。

去合金化制备纳米多孔金属材料的研究进展

用去合金化制备的孔隙尺寸小于100nm的纳米多孔金属材料,开拓了多孔金属材料一个新的应用领域。目前的研究主要集中于通过不同的合金体系制备出不同的纳米多孔金属,分别介绍了纳米多孔金、铂、铜、钯、钛的制备工艺,并对孔洞形成的溶解-再沉积机制、体扩散机制、表面扩散机制、渗流机制及相分离模型进行了简述。对纳米多孔金的现有研究表明,纳米多孔金具有良好的化学稳定性、高的比表面积以及高的屈服强度,目前应用研究包括作为热交换器、传感器及催化材料等方面。

脱合金法制备纳米多孔金属的研究进展

纳米多孔金属具有独特的物理、化学、力学性能,具有极大的科学与工程应用潜力。脱合金法是制备此类材料的有效技术,是实现其应用的关键。本文概述了脱合金法制备纳米多孔金属的原理,并从脱合金法制备纳米多孔金属的材料体系、初始材料的制备工艺以及纳米多孔金属的性能三方面综述了脱合金法制备纳米多孔金属的研究进展。

纳米多孔金属电催化剂在氧还原反应中的应用

燃料电池是将化学能直接转化为电能的能量转换装置,具有绿色、高效、便携等特点。对于大多数使用氧气或者空气为氧化剂的燃料电池而言,其阴极氧还原反应动力学缓慢、稳定性差是阻碍该技术走向商业化的主要因素,因此开发高催化活性和良好稳定性的低成本氧还原催化剂非常重要。基于脱合金法制得的纳米多孔金属是一类新型的宏观尺度纳米结构材料,其独特的开放型孔道结构、优良的导电性和结构的可调控性使其在电催化相关领域具有广泛的应用。本文侧重于讨论纳米多孔金属作为氧还原催化剂时所展示的一系列结构特性,及其在发展新一代高性能一体化燃料电池催化剂中所展示的机会。

纳米多孔金属力学性能的若干研究进展

纳米多孔金属是近年来发展起来的一类具有纳米级双连续孔洞和高表面积的新型功能材料,具备如化学性能、力学性能、表面拉曼散射性能等多方面的优异特性,在催化、传感、新能源、生物医学等诸多领域拥有广阔的应用前景。围绕纳米多孔金属的制备、力学性能和尺度特性等,展开细述了相关的研究工作,并重点针对力学性能方面的研究进展,如尺度方程、破坏机理、表面效应和表面应力,以及脱合金制备方法和制备过程中的力学问题进行了讨论,并对将来的研究方向进行了展望。

去合金化制备纳米多孔金属材料研究进展

纳米多孔金属材料已被广泛应用于催化剂、传感器、生物医疗等诸多领域,去合金化制备纳米多孔金属材料是一项新型、有效、经济的技术,具有很大的研究价值和应用潜力。概述了去合金化制备纳米多孔金属材料的原理、主要方法及其研究进展;重点阐述了去合金化制备纳米多孔钛合金的研究现状,并对去合金纳米多孔形成机制和物理模型进行了综述;简述了去合金化制备的纳米多孔材料在催化、传感以及生物材料等方面的应用;最后展望了纳米多孔金属材料的发展前景及其去合金化制备技术的研究趋势。

纳米多孔金属孔结构粗化方法研究进展

纳米多孔金属具有特殊的力学、热学、光学、电学和化学性能,尤其是其特殊的结构已经受到越来越多科研工作者的广泛关注。纳米多孔金属的结构决定了其性能,因此研究纳米多孔金属孔结构的粗化方法非常有意义。综述了纳米多孔金属孔结构的粗化方法,包括制备过程中的粗化、热退火粗化、酸溶液处理粗化、碱溶液处理粗化、盐溶液处理粗化及其他粗化方法。最后对纳米多孔金属的粗化中存在的问题进行了探讨。

纳米多孔金属材料的研究进展

纳米多孔金属材料以其独特的网状连通结构和优异的物理化学性能,在工程中具有很大的应用潜力,已经成为当今新型功能材料领域研究的热点。本文介绍了制备纳米多孔金属材料的方法和原理,以及不同基体的纳米多孔金属材料的性能及应用领域,并对未来的发展方向进行展望。

分级结构对纳米多孔金属表面增强拉曼散射特性的调控

在单级纳米多孔金属韧带上构建次级介孔,获得具有高密度"热点"的分级纳米多孔结构材料。采用时域有限差分法模拟得到分级纳米多孔结构局域电磁场强度及分布,借助拉曼光谱技术对脱合金所得分级纳米多孔金属的SERS特性进行检测。由实验和模拟结果可见,分级纳米多孔金属结构局域电磁场强度及"热点"密度均高于单级纳米多孔金属结构,表现出更好的表面增强拉曼散射特性,分级纳米多孔金和分级纳米多孔铜对结晶紫分子的检测极限均可达到10~(-11)mol·L~(-1),SERS增强因子相对于单级纳米多孔金属提高了两个数量级。次级结构的引入,可极大提高单级纳米多孔结构表面局域电磁场强度,为制备高性能SERS基底提供了新的方法。

纳米多孔金属的制备方法及其力学性能的研究进展

纳米多孔金属是一种孔径在0.1~100 nm之间,且韧壁尺寸也在纳米量级的多孔金属材料。因其独特的孔隙结构、高比表面积和高导电性等特征,纳米多孔金属在许多领域都有着丰富的潜在应用。这篇综述比较了制备纳米多孔金属的几种常用方法:模板法、脱合金法与电化学法,其中,主要介绍了脱合金法,包括液态金属脱合金法及气相脱合金法的最新进展;重点阐述了纳米多孔金属在表面增强拉曼散射、催化以及超级电容器方面的应用现状及相关研究工作;最后,对纳米多孔金属的力学性能模拟及实验进行讨论,重点分析了纳米多孔金属力学性能的研究趋势以及存在的主要问题。

纳米多孔金属基赝电容器电极的应用及进展

本综述以脱合金化法制备的纳米多孔金属为基底材料,从组分调控以及界面性质分析了不同过渡金属氧化物电极获得优异电化学储能性能的决定性因素,总结了近年来纳米多孔金属@氧化物/氢氧化物电极在赝电容器应用和机理研究方面取得的进展。最后,本文介绍了未来纳米多孔金属@氧化物/氢氧化物电极在赝电容器应用领域面临的挑战,并对其发展前景进行了展望。

纳米多孔金属基体合金的制备方法研究进展

综述了纳米多孔金属基体合金的制备方法,主要包括高温熔炼法,机械叠轧法,蒸镀法,磁控溅射法,电镀法等。

三维纳米多孔金属在能源存储中的应用

纳米多孔金属凭借比表面积大、孔结构丰富以及导电性好的优势在能源存储与转化领域具有广泛的应用。基于此,本文着重介绍了纳米多孔金属原位负载金属氧化物、硫化物、磷化物用作锂/钠离子电池负极材料的合成方法,及利用缺陷调控和表面包覆改性进一步改善其电化学性能的策略。上述研究为设计可逆容量高、循环稳定性好的电极材料提供了借鉴。

基于表面曲率依赖的三维纳米多孔金属强度分析

纳米多孔金属因其显著的表面效应和优异的机械性能而获得广泛认可.受限于理论复杂性,以往对纳米多孔金属的研究往往依赖于简化二维模型.然而,这些简化模型无法准确地刻画纳米多孔金属力学性能,也未能充分捕捉表面效应影响,特别是纳米表面曲率依赖性.因此,该研究采用最小能量原理,基于Steigmann-Ogden表面理论,设计了综合考虑纳米多孔材料表面效应的有限元表面单元.利用这种新型表面单元,我们构建不同纳米多孔金属模型,并对其进行单轴拉伸和压缩模拟.研究结果表明,表面弯曲刚度导致材料应变能密度显著增加,从而影响能量吸收率变化趋势.此外,与表面Lamé常数相反,纳米多孔金属杨氏模量受到表面残余应力、表面弯曲模量和加载方向等因素显著影响.所开发的有限元模型为准确预测纳米多孔金属力学性能提供了一种稳健而令人信服的科学方法.

纳米多孔金属表面结构与成分的三维电子层析表征

结合扫描透射电子显微技术、电子层析技术及能量色散谱(EDS)成分的三维重构对纳米多孔Au和纳米多孔Au-Pt孔棱的表面结构和成分进行了分析。利用原子分辨率的电子层析技术分析了纳米多孔Au孔棱表面的原子结构,发现表面的缺陷可以分为2类,一类是{111}平台上的扭折和台阶,一类是表面凹坑。相比于扭折和台阶,表面凹坑会引入更多低配位位点。将原子级电子层析与EDS成分三维重构相结合,分析了Pt元素在孔棱表面的偏聚情况,证明了Pt在孔棱表面低配位位点的偏聚。

金属玻璃脱合金制备高催化性能的多元掺杂纳米多孔Pd

为获得具有高催化活性的多元掺杂纳米多孔Pd,将Pd10Ni50Co20P16B4金属玻璃作为预合金,分别在H2SO4+H3PO4酸溶液和NaCl盐溶液中以不同过电位,进行了电化学脱合金处理。在酸溶液中,制得了Ni、Co和P共掺的Pd纳米多孔金属材料。该多孔金属具有三维连通的纳米多孔结构,在对甲酸的催化中表现出了良好的催化活性。与市售碳负载的纳米Pd催化剂相比,在Ni、Co和P共掺的纳米多孔Pd催化条件下,甲酸的氧化电位发生了显著负移。在NaCl溶液中,Pd10Ni50Co20P16B4金属玻璃脱合金后不能获得具有高催化活性的纳米多孔结构。

金属玻璃脱合金制备高催化活性的Pd基多元纳米多孔金属(英文)

为获得具有高催化活性的多元掺杂纳米多孔Pd,将Pd20Ni60P20金属玻璃作为预合金,在H2SO4+H3PO4混合酸溶液中以不同过电位进行电化学脱合金处理,制得Ni和P共掺的Pd基多元纳米多孔金属。该多孔金属的成分和孔径均可通过过电位进行调节。与市售碳负载的纳米Pd催化剂相比,临界电位下脱合金获得的Pd基纳米多孔金属在对甲酸的催化中表现出了更高的催化活性。

纳米多孔金属:一种新型能源纳米材料

利用脱合金制备的纳米多孔金属是近十年发展起来的一类新型功能纳米材料,它具有高表面积、低密度、高通透性、高导电导热性、结构灵活可调等特点,有望在催化、分离、能源等领域得到广泛的应用。本文围绕纳米多孔金属的制备、结构和界面特性概述了该领域的最新进展,重点阐述它们在新能源技术相关领域的潜在应用价值。

脱合金化法制备纳米多孔铂合金的研究进展

纳米多孔金属由纳米尺度的孔隙和金属韧带组成,具有三维双连通的网络状结构,兼具纳米材料和金属材料的双重特性,在催化、传感和药物输送等领域具有广阔的应用前景。脱合金化法操作简单,工艺流程短,成本相对较低,是制备纳米多孔金属的常用方法。目前,利用脱合金化法制备的纳米多孔Pt合金因其对甲醇氧化和氧还原反应具有优异的催化活性而备受关注,有望在燃料电池等相关领域实现应用。近年,研究学者不断丰富纳米多孔Pt合金的合金体系,通过优化合金成分和脱合金化工艺对其结构和性能进行调控,发展出多种形态的纳米多孔Pt合金,系统调查了前驱体的结构和成分、脱合金工艺参数对纳米多孔Pt合金的组织结构、形貌和性能的影响,并对纳米多孔形成和优异性能的机理进行了广泛的研究。利用脱合金化法制备的纳米多孔Pt合金具有多种形态,如低维的纳米颗粒、纳米花、纳米线和薄膜以及三维的纳米多孔带材等。低维的纳米多孔Pt合金因其更大的比表面积和纳米尺寸效应而具有更为突出的催化活性,而三维的纳米多孔带材具有均匀的纳米多孔结构,且克服了低维合金易团聚的问题。通过调整前驱体合金的化学成分和组织结构,改变脱合金化工艺参数,以及对纳米多孔合金进行退火处理等手段实现了对纳米多孔Pt合金的结构和形貌的有效控制。纳米多孔Pt合金对甲醇氧化和氧还原反应的催化性能相比于商用负载型Pt/C具有较大程度的改善。磁性纳米多孔Pt合金可将催化和磁分离相结合,易实现催化剂的回收再利用。此外,磁性纳米多孔Pt合金在过滤和药物输送等方面也具有巨大应用潜力。本文主要从脱合金工艺及其机制、制备与结构调控,以及性能与应用等方面简述了近年脱合金化法制备的纳米多孔Pt合金的研究进展,并探讨了目前存在的问题和今后的发展方向。