一种掺杂型高熵合金薄膜的制备技术及其应用

    技术2025-01-06  51


    本发明涉及电化学,具体而言,涉及一种掺杂型高熵合金薄膜的制备技术及其应用。


    背景技术:

    1、电化学反应电极不仅能起到污水处理的作用,在污水电解过程中还能制备氢气和氧气等能源类应用型气体,契合可持续发展战略。目前水处理电极主要包含贵金属电极(pt、pd、au等)、石墨电极、金属氧化物电极(ruo2、co3o4等)、常规金属电极以及尚在研究阶段的高熵合金电极。其中贵金属电极生产成本较高,不适宜大规模生产应用;石墨电极虽然性能稳定,但电催化性能不佳;金属氧化物电极导电性能有待提升;常规金属电极虽然成本低廉,但电催化稳定性较差,不适合持久稳定使用。

    2、对电极材料进行非金属元素掺杂处理可以提升其催化性能。现有电极掺杂方法包括:通过高温高压环境以加速原子扩散完成电极的掺杂;化学反应,将电极置于某些特定摩尔配比的溶液中,借助电极与溶液的化学反应完成向电极掺杂过程;辐射掺杂,借助同位素衰变过程产生中子辐射以分裂出碳、磷等元素完成对电极的掺杂。

    3、由于高熵合金具有缓慢扩散效应,通过高温高压对电极进行扩散渗碳存在阻力大、耗能高和掺杂浓度低的问题;电极在溶液中,借助化学反应向电极掺杂存在反应物反应不完全、反应过程会产生有毒有害物质以及掺杂物分布不均匀的问题;对电极进行辐射掺杂,存在掺杂量难以控制、电极使用寿命低并且极易危害操作者身体健康的问题。

    4、鉴于此,特提出本发明。


    技术实现思路

    1、本发明的目的在于提供一种掺杂型高熵合金薄膜的制备技术及其应用,以解决上述技术问题。

    2、本发明是这样实现的:

    3、第一方面,本发明实施例提供了一种掺杂型高熵合金薄膜制备技术,其包括如下制备步骤:

    4、采用磁控溅射技术在基材上制备掺杂型高熵合金薄膜,掺杂元素为非金属元素;非金属元素选自固态非金属和气态非金属中的至少一种;溅射高熵合金的靶材采用直流电源;溅射固态非金属的靶材采用射频电源,并将固态非金属的靶材与高熵合金的靶材进行共溅射;溅射气态非金属时,将气态非金属加入溅射气体中形成混合气进行溅射;按体积分数计,气态非金属的用量为溅射气体的用量的0-30%。

    5、第二方面,本发明实施例提供了一种电极材料,其包括前述的制备技术制得的掺杂型高熵合金薄膜和基材。

    6、第三方面,本发明实施例提供了前述的制备技术制得的掺杂型高熵合金薄膜制备的电极材料或前述的电极材料在电化学领域的应用。

    7、本发明具有以下有益效果:

    8、本发明实施例提供的掺杂型高熵合金薄膜制备技术,采用磁控溅射技术在基材上制备掺杂型高熵合金薄膜;其中,对于固态非金属和气态非金属采用不同的溅射工艺,磁控溅射技术对电极进行掺杂具有效率高、过程绿色环保无污染、薄膜与基材附着性良好、操作简单且过程便于控制,制备的非金属掺杂型高熵合金薄膜中元素分布均匀。掺杂型高熵合金薄膜电极材料在电化学领域的应用普适性强。



    技术特征:

    1.一种掺杂型高熵合金薄膜制备技术,其特征在于,其包括如下制备步骤:

    2.根据权利要求1所述的制备技术,其特征在于,进行所述磁控溅射时,调整射频电源和/或直流电源的功率为10-200w,腔体的气压为1-15mtorr,腔体的真空度<5.0×10-7torr,所述溅射气体的流速为1-50sccm,所述基材的旋转速度为0-50rpm,所述基材的温度为室温至600℃;

    3.根据权利要求2所述的制备技术,其特征在于,进行所述磁控溅射时,调整射频电源和/或直流电源的功率为30-150w,腔体的气压为1-10mtorr,腔体的真空度为5.0×10-7-1.0×10-9torr,所述溅射气体的流速为1-45sccm,所述基材的旋转速度为0-30rpm;所述基材的温度为室温至300℃。

    4.根据权利要求1所述的制备技术,其特征在于,所述基材选自导体、半导体和绝缘体中的任意一种;

    5.根据权利要求4所述的制备技术,其特征在于,所述基材在进行磁控溅射之前还包括预处理;

    6.根据权利要求1所述的制备技术,其特征在于,所述固态非金属选自碳、硼、硫、碲、硅和硒中的至少一种;

    7.根据权利要求1所述的制备技术,其特征在于,按体积分数计,所述气态非金属的用量为所述溅射气体用量的0-20%。

    8.根据权利要求1所述的制备技术,其特征在于,所述高熵合金至少含有ni元素、co元素和fe元素;

    9.一种电极材料,其特征在于,其包括如权利要求1-8任一项所述的制备技术制得的掺杂型高熵合金薄膜和所述基材。

    10.如权利要求1-8任一项所述的制备技术制得的掺杂型高熵合金薄膜或如权利要求9所述的电极材料在电化学领域的应用。


    技术总结
    本发明公开了一种掺杂型高熵合金薄膜的制备技术及其应用,涉及电化学技术领域。掺杂型高熵合金薄膜的制备技术包括如下步骤:采用磁控溅射技术在基材上制备掺杂型高熵合金薄膜,掺杂元素为非金属元素;溅射高熵合金的靶材采用直流电源;溅射固态非金属的靶材采用射频电源,并将固态非金属靶材与高熵合金靶材进行共溅射;溅射气态非金属时,将气态非金属加入溅射气体中形成混合气进行溅射。该技术具有效率高、过程绿色环保无污染、薄膜与基材附着良好、操作简单且过程便于控制,制备的非金属掺杂型高熵合金薄膜元素分布均匀,非金属掺杂型高熵合金薄膜电极材料可广泛应用在电化学领域。

    技术研发人员:秦彬皓,郑宏远,王海燕,余陈,张宇鹏
    受保护的技术使用者:广东省科学院中乌焊接研究所
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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