润湿对纳米多孔银力学性能的影响

As potential functional materials used for filtration, catalysis, sensors and actuators, research on nanoporous metals prepared by dealloying has made significant progress. The methods used to study mechanical properties of nanoporous metals mainly contain three point bending, nano-indentation and warping method,and the rsearch done so far has been focused on nanoporous gold. Since it is easier to prepare completely-shaped nanoporous silver sample with crack-free and broad porosity range and silver is also cheaper than gold, this study will mainly focus on exploring the fracture strength and bending performance of nanoporous silver.The influence of processing parameters on the characteristics of pores and the microcrack initiation will be systematically investigated. The relationship between the microstructure, surface morphology and mechanical properties in the neutral liquid wet state will be discussed in terms of the theory of elastic-plastic mechanics, to provide valuable reference data of mechanical properties for the practical application of nanoporous metals such as electrode,percolation. And enrich the knowledge of mechanical properties of nanoporous metals.

用去合金化方法制备的纳米多孔金属作为潜在的过滤、催化、传感器和驱动器等功能材料已取得了重大进展。目前研究纳米多孔金属材料力学性能的方法主要有三点弯曲法、纳米压痕法和翘曲法，并都以纳米多孔金为研究对象。考虑到纳米多孔银易获得形状完整、无裂纹的样品，且孔隙率范围大，价格相对低廉，本课题拟以探索纳米多孔银的断裂强度和弯曲性能为重点，在系统考察制备工艺对纳米多孔银孔隙特征、微裂纹萌生影响的基础上,运用弹塑性断裂力学理论，全面探讨中性液体润湿条件下纳米多孔银表面状态、微观组织形貌与力学性能之间的相互关系，为纳米多孔金属在电极、渗流等条件下的实际应用提供力学性能的参考数据，丰富纳米多孔金属力学性能的知识。

系统研究了纳米多孔银在碱性电解液中对甲醛的电化学催化性能。研究表明，其氧化电流密度峰值为相同几何面积实体银的六倍，表明其对甲醛有着较高的催化效率。同时，氧化电压降低, 这在实际应用中将会增加输出电压，提高燃料电池的效率。峰电流密度与扫描速率平方根具有良好的线性关系，表明电化学催化反应过程受甲醛扩散速率的控制。随扫描速率的逐渐增大，峰电流密度和对应的电位均呈增大的趋势。为了进一步提高纳米多孔银的催化活性和电化学稳定性，通过电化学方法沉积铂微粒附着在NPS电极的表面。与NPS电极相比，会导致纳米多孔银孔径减小，孔壁尺寸增大，并且甲醛在NPS-Pt电极上氧化的活化能降低，反应速度加快，催化甲醛氧化的活性和稳定性提高。.系统研究了纳米多孔银的力学性能。结果表明，在相同的加载速率和相同的压入深度下，纳米多孔银的弹性模量和硬度均随孔径和孔带尺寸的增大而呈急剧减小的趋势。在整个压入过程中没有加工硬化的现象。纳米压痕的微观形貌表明在压头压力下的塑性变形和和孔带的延展性导致局部发生了致密化。当深度小于200 nm时，硬度和弹性模量均与较强的表面尺寸效应有关。在相同的加载速率下，随着压痕深度的增加，硬度呈下降趋势，而相应的弹性模量则呈上升趋势。计算的压痕尺寸效应指数表明纳米多孔银在微观状态下具有良好的延展性，但在宏观状态下则是脆性的。.纳米多孔银拉伸断面的河流状花样及大部分的平整区域表明其为脆性特征。样品内部存在缺陷，试件的断裂过程就是孔壁的脆性断裂过程。纳米多孔银的粗糙度增加了其亲水性表面的润湿性。表明由化学成分和几何微结构控制的润湿性是决定材料或结构使用的最重要的因素之一。