一种锗多孔材料的制备方法.pdf

本发明公开了一种锗多孔材料的制备方法，将高纯铝和高纯锗进行高频感应加热，融化后浇铸入模具中，冷却成型至室温，取出后甩带得到铝锗合金条带，得到的铝锗合金条带中：铝原子数百分含量为95~90%，锗原子数百分含量为5~10%，把所得铝锗合金条带放入稀盐酸溶液中洗掉合金中的铝，同时搅拌，待气泡完全消失后停止搅拌，并将溶液过滤，过滤后得锗多孔粉末，用洗涤液反复冲洗、过滤锗多孔粉末，过滤完毕后将锗多孔粉末进行干燥，冷却至室温，得到锗多孔材料。本发明用化学腐蚀法得到了锗多孔材料，没有杂质残留，孔径可达到纳米级别，并且方法简单，降低了生产成本，能够大规模生产。

权利要求书
1.   一种锗多孔材料的制备方法，其特征是，包括步骤如下：
（1）制备铝锗合金：将高纯铝和高纯锗进行高频感应加热，融化后浇铸入模具中，冷却成型至室温，取出后甩带得到铝锗合金条带，得到的铝锗合金条带中：铝原子数百分含量为95~90%，锗原子数百分含量为5~10%； 
（2）把所得铝锗合金条带放入稀酸溶液中反应掉合金中的铝，同时搅拌，待气泡完全消失后停止搅拌，并将溶液过滤，过滤后得锗多孔粉末；
（3）用洗涤液反复冲洗、过滤锗多孔粉末，过滤完毕后将锗多孔粉末进行干燥，冷却至室温，得到锗多孔材料。

2.   如权利要求1所述的锗多孔材料的制备方法，其特征是：步骤（1）中，高频感应加热温度为750~800摄氏度。

3.   如权利要求1所述的锗多孔材料的制备方法，其特征是：步骤（1）中，所述高纯铝的纯度为99.99 wt%，高纯锗的纯度为99.99 wt%。

4.   如权利要求1所述的锗多孔材料的制备方法，其特征是：步骤（1）中，采用甩带机进行甩带，转速为27 m/s。

5.   如权利要求1所述的锗多孔材料的制备方法，其特征是：步骤（1）中，融化后浇铸入U形模具。

6.   如权利要求1所述的锗多孔材料的制备方法，其特征是：步骤（1）中，铝锗合金条带的宽度为3~5mm，厚度为0.05~0.1mm。

7.   如权利要求1所述的锗多孔材料的制备方法，其特征是：步骤（2）中，采用磁力搅拌器搅拌，搅拌的速度为600~800r/min。

8.   如权利要求1所述的锗多孔材料的制备方法，其特征是：步骤（2）中，所述稀酸为稀盐酸，稀盐酸溶液的质量分数为5~10%。

9.   如权利要求1所述的锗多孔材料的制备方法，其特征是：步骤（2）中，所述稀酸为稀硫酸，稀硫酸溶液的质量分数为10~15%。

10.   如权利要求1所述的锗多孔材料的制备方法，其特征是：步骤（3）中干燥为真空干燥，干燥温度为80~90摄氏度，干燥时间为24 小时。

说明书一种锗多孔材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锗多孔材料的制备方法，属于多孔材料制备技术领域。
背景技术
    多孔材料因具有巨大的表面积而拥有很多非同寻常的性质，上世纪90年代初，科学家们首次发现具有纳米微孔的硅可以发光。从那时起科学家们就试图将硅在周期表中同主族的半导体兄弟锗也制成多孔材料，来研究多孔锗的特性，但是一直没有成功，直到2006年美国科学家首次研发出一种制备多孔锗材料的技术——“表面活性模板法”，首次得到了具有规则分布小孔的锗多孔材料[ S. Dong, A. E. Riley, A. J. Cadby, E. K. Richman, S. D. Korlann, S. H. Tolbert, Nature 441 (2006) 1126-1130.]。研究人员发现锗多孔材料可以用于制造高性能太阳能/锂离子/钠离子电池和化学传感器等设备。但是上述方法需要用到模板，最后还要用氧化的方法去掉表面活性分子，工艺复杂，成本昂贵，并且很难大规模生产，从而限制了锗多孔材料的应用。
发明内容
为弥补现有工艺的不足，本发明提供一种锗多孔材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种锗多孔材料的制备方法，包括步骤如下：
（1）制备铝锗合金：将高纯铝和高纯锗进行高频感应加热，融化后浇铸入模具中，冷却成型至室温，取出后甩带得到铝锗合金条带，得到的铝锗合金条带中：铝原子数百分含量为95~90%，锗原子数百分含量为5~10%。
（2）把所得铝锗合金条带放入稀酸溶液中反应掉合金中的铝，同时搅拌，待气泡完全消失后停止搅拌，并将溶液过滤，过滤后得锗多孔粉末。
（3）用洗涤液反复冲洗、过滤锗多孔粉末，过滤完毕后将锗多孔粉末进行干燥，冷却至室温，得到锗多孔材料。
步骤（1）中，高频感应加热温度为750~800摄氏度，采用高频感应加热，高频感应装置内产生的磁场对熔体有均匀、良好的搅拌作用，可以使铝锗混合的更均匀，有利于形成均匀的多孔锗形貌。
步骤（1）中，所述高纯铝的纯度为99.99 wt%，高纯锗的纯度为99.99 wt%，可以采用高纯铝块和锗块，也可以采用粉末。
步骤（1）中，采用甩带机进行甩带，转速为27 m/s。
步骤（1）中，溶化后浇铸入U形模具。
步骤（1）中，铝锗合金条带的宽度为3~5mm，厚度为0.05~0.1mm，甩带机出来的长度大多不相同，长短不一，短的有2厘米 长的有15厘米，长度对实验结果没有影响。。
步骤（2）中，采用磁力搅拌器搅拌，搅拌的速度为600~800r/min。
步骤（2）中，所述稀酸为稀盐酸，稀盐酸溶液的质量分数为5~10%。也可采用稀硫酸，稀硫酸溶液的质量分数为10~15%。
步骤（3）中干燥为真空干燥，干燥温度为80~90摄氏度，干燥时间为24 小时。
步骤（3）中，所述洗涤液优选为去离子水。
步骤（3）中，反复冲洗的次数优选为6~8次。
本发明的有益效果是：
本发明用化学腐蚀法得到了锗多孔材料，经测定锗纯度高，达到99wt%以上，没有杂质残留，孔径均匀，其直径最小可达到纳米级别150nm，经测试该多孔材料的比表面积为350~400 m2/g，说明具有较高的孔隙率，并且制备方法简单，降低了生产成本，能够大规模生产，生产效率高。 通过本发明制备方法得到的锗多孔材料可用于 制造高性能太阳能/锂离子/钠离子电池和化学传感器等设备。
附图说明
图1为实施例1所得锗多孔材料的SEM图片。
图2为实施例2所得锗多孔材料的SEM图片。
图3为实施例3所得锗多孔材料的SEM图片。
图4为上述所得锗多孔的材料的XRD衍射谱图（三个谱图相同，均为纯锗的XRD衍射谱图）。
具体实施方式
下面结合实施例和附图进一步说明：
实施例1：
原材料有：高纯锗（99.99 wt %）、高纯铝（99.99 wt %）。
一种锗多孔材料的制备方法，包括步骤如下：
（1）制备Al95Ge5合金：称取93g高纯铝，13g高纯锗，放入高频感应加热炉中，温度为750摄氏度，融化后浇铸入U形模具，冷却成型至室温，取出后用单棍激冷装置（型号SP009A  沈阳市摩擦片厂）（转速27 m/s）甩带得到铝锗合金条带，得到的铝锗合金条带的宽度为3mm，厚度为0.05mm。
（2）把所得条带放入质量分数为10%的稀盐酸溶液中，同时用磁力搅拌器（型号为国华JJ-I型）搅拌，搅拌速度为600r/min，8小时后气泡完全消失，用漏斗过滤。
（3）用去离子水反复冲洗8次漏斗滤纸上的粉末，过滤完毕后将滤纸取出放入真空干燥箱80℃干燥24小时，冷却至室温，取出锗多孔材料（如图1和4所示）。
上述高纯铝和高纯锗质量配比科学，锗含量太多无法形成多孔形貌，太少则产量很低。
经测定锗纯度高，达到99wt%以上，没有杂质残留，孔径均匀，其直径最小可达到纳米级别150nm，经测试该多孔材料的比表面积为350 m2/g，说明具有较高的孔隙率。
实施例2：
原材料有：高纯锗（99.99 wt %）、高纯铝（99.99 wt %）。
一种锗多孔材料的制备方法，包括步骤如下：
（1）制备Al93Ge7合金：称取90g高纯铝，18g高纯锗，放入高频感应加热炉中，温度700摄氏度，融所述稀酸为化后浇铸入U形模具，冷却成型至25摄氏度，取出后用单棍激冷装置（转速27 m/s）甩带得到铝锗合金条带，得到的铝锗合金条带的宽度为4mm，厚度为.0.08mm。
（2）把所得条带放入质量分数为5%的稀盐酸溶液中，同时用磁力搅拌器搅拌，搅拌速度为800 r/min，10小时后气泡完全消失，用漏斗过滤。
（3）用去离子水反复冲洗6次漏斗滤纸上的粉末，过滤完毕后将滤纸取出放入真空干燥箱85℃干燥24小时，冷却至室温，取出锗多孔材料（如图2和4所示）。
经测定锗纯度高，达到99wt%以上，没有杂质残留，孔径均匀，其直径最小可达到纳米级别150nm，经测试该多孔材料的比表面积为380 m2/g，说明具有较高的孔隙率。
实施例3：
原材料有：高纯锗（99.99 wt %）、高纯铝（99.99 wt %）。
一种锗多孔材料的制备方法，包括步骤如下：
（1）制备Al90Ge10合金：称取81g高纯铝，24g高纯锗，放入高频感应加热炉中，温度800 摄氏度，融化后浇铸入U形模具，冷却成型至室温，取出后用单棍激冷装置（转速27 m/s）甩带得到铝锗合金条带，得到的铝锗合金条带的宽度为5mm，厚度为0.1mm。
（2）把所得条带放入质量分数为10%的稀盐酸溶液中，同时用磁力搅拌器搅拌，搅拌速度为800 r/min，8小时后气泡完全消失，用漏斗过滤。
（3）用去离子水反复冲洗8次漏斗滤纸上的粉末，过滤完毕后将滤纸取出放入真空干燥箱90℃干燥24小时，冷却至室温，取出锗多孔材料（如图3和4所示）。
经测定锗纯度高，达到99wt%以上，没有杂质残留，孔径均匀，其直径最小可达到纳米级别150nm，经测试该多孔材料的比表面积为370 m2/g，说明具有较高的孔隙率。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。