一种用表面负曲率提升物质本征熔点的方法与流程

本发明是关于提升物质熔化熔点方法的，特别涉及一种采用表面负曲率提升物质本征熔点的方法。

背景技术：

熔化是指物质由固态到液态的相转变，是自然界中的一种常见现象，也是物质在人类社会中被使用时必须考虑的现象、也被广泛应用于人类社会的生产生活。迄今为止，除了通过向物质里添加掺杂元素或者改变物质所在的外部环境——例如包埋或镶嵌到高熔点基体中、施加压强、瞬间冲击、激光照射等方法来提升物质熔化温度外，只有少数氧化物由于其熔化物的粘度极高或者其含氧化学键极强而能获得自身的本征熔点上升，其它物质自身的本征熔点上升现象均未被发现。并且，人类社会已公认随着尺寸的降低、物质自身的本征熔点会降低。

长期以来，人类社会需要在高温环境里使用固态物质，例如在航空航天发动机里需要使用高温合金、隔热的陶瓷材料等，在化学工业中需要使用能耐高温的催化剂等，诸如此类。因此，人类一直在苦苦寻求能耐高温的固态物质。如果人类能够提升已有物质自身的本征熔点，那就会大幅度提升人类社会的工业发展。基于此，发展一种用表面负曲率提升物质本征熔点的方法，是本专利申请的核心思想。

技术实现要素：

本发明的目的，是解决人类一直在苦苦寻求耐高温的固态物质材料，提供一种不需掺杂外来元素、不需改变外部环境，采用表面负曲率来提升物质本征熔点的方法。

本发明通过如下技术方案予以实现：

本发明采用脱合金、刻蚀、部分成分蒸发或者化学气相反应的方法在固体外表面或内表面上制备出主曲率之一为负、该曲率绝对值小于1微米的区域，该负曲率的表面积所占总表面积的比例不低于80％。该物质可以是金属、金属氧化物、聚合物或者高分子。该过程可以是脱合金、刻蚀、部分成分蒸发、化学气相反应。然后将获得的具备表面负曲率的该块物质加热至该物质的常规熔点，剩下部分是最终产物。该产物的本征熔点高于其所属物质的常规熔点。

熔点通常是指，在一个大气压下，块体物质的形态由固态转变为液态的温度。比如金的熔点，通常是指1064℃，我们把这种熔点称之为常规熔点。具有表面负曲率形态材料的熔点超过了块体的熔点，并且这是第一次实现了真正意义上的提升熔点现象。为了避免和常规熔点混淆，我们称之为本征熔点。

一种用表面负曲率提升物质本征熔点的方法，具有如下步骤：

(1)取一块具有熔点的固体材料，采用脱合金、刻蚀、部分成分蒸发、化学气相反应、电化学方法以及水热法在其外表面或内表面上制备出主曲率之一为负、该曲率绝对值小于1微米的区域，且负曲率的表面积占该固体材料的总表面积的比例不低于80％；

(2)将步骤(1)中得到的固体材料加热至该固体材料的常规熔点，未熔化部分是终产物。该终产物的本征熔点(其外表面或内表面具有负曲率时的熔点)高于其所属物质的常规熔点。

所述步骤(1)的具有熔点的固体材料为金属、金属氧化物、聚合物或者高分子材料。

本发明的制备工艺简单、可重复性强、普适性高，所处理后物质的本征熔点会高于其原有的常规熔点，拓展了物质在高温环境中的应用。

附图说明

图1是实施例1用扫描透射电镜(STEM)三维重构出的纳米多孔金结构；

图2是实施例1用扫描透射电镜(STEM)三维重构出的纳米多孔金结构的孔壁中双曲面(亮灰色)、凹面(浅灰色)和凸面(深灰色)的分布图；

图3是实施例1在室温时、1064℃(金常规熔点)保温10分钟、1151℃保温10分钟后拍摄的纳米多孔金的透射电镜明场像及其电子衍射谱；

图4是实施例2纳米多孔银结构的扫描电镜图片；

图5是实施例2纳米多孔银结构的透射电镜图片。

具体实施方式

通过以下具体实施例来进一步说明本发明。实施例仅仅是示例性的，而非限制性的。

实施例1

原始材料种类为金银合金。

(1)通过硝酸腐蚀金银合金的方法脱去合金中的银元素(脱合金方法)，获得纳米多孔金(图1)。这种多孔性结构的表面包含凸面、凹面和双曲面三种表面形态(图2)，其成分比例依次75％，8％，17％。其中凸面的两个主曲率均为正曲率，凹面的均为负曲率，双曲面的则为一正一负。双曲面和凹面均为包含负曲率的表面，曲率绝对值约为0.05nm^-1，其比例相加之和为83％，符合提升物质本征熔点的条件。

(2)对(1)中制备得到的纳米多孔金进行加热。当温度升至金的常规熔点1064℃以及1151℃时(图3)，仍有部分区域的纳米多孔金维持多孔形态，同时电子衍射谱中的锐利斑点表明其晶体形态得以维持，证明此区域本征熔点被提高了至少87℃。

图1是实施例1用扫描透射电镜(STEM)三维重构出的纳米多孔金结构。

图2是实施例1用扫描透射电镜(STEM)三维重构出的纳米多孔金结构的孔壁中双曲面(亮灰色)、凹面(浅灰色)和凸面(深灰色)的分布图。

图3A是实施例1在室温时拍摄的纳米多孔金的透射电镜图片及其电子衍射谱。由图中可以看出此结构初始状态为晶体。

图3B是实施例1在金常规熔点1064℃保温10分钟后拍摄的纳米多孔金的透射电镜图片及其电子衍射谱。由图中可以看出此结构仍保持晶体状态。

图3C是实施例1在1151℃保温10分钟后拍摄的纳米多孔金的透射电镜图片及其电子衍射谱。由图中可以看出此结构仍保持晶体状态，证明其本征熔点被提高了至少87℃。

实施例2

原始材料种类为银铝合金。

通过盐酸腐蚀脱去银铝合金中的铝元素的方法(脱合金方法)，获得纳米多孔银(图3和图4)。该材料的表面曲率分布符合提升物质本征熔点的条件。升温至银的常规熔点962℃，仍有部分纳米多孔银未熔化，证明这部分纳米多孔银的本征熔点高于银的常规熔点。

图4是实施例2纳米多孔银结构的扫描电镜图片。由图中可以看出此结构具有大面积负曲率存在。

图5是实施例2纳米多孔银结构的透射电镜图片。由图中可以看出此结构具有大面积负曲率存在。

实施例3

原始材料种类为碳化硅。

在1000℃的高温下，用氯气或者比例大于2：1的氯气-氢气混合气体处理碳化硅表面可脱去表面硅元素，获得多孔金刚石结构晶体碳。该材料的表面曲率分布符合提升物质本征熔点的条件。

实施例4

原始材料种类为氯化钙熔盐。

用电化学方法在氯化钙熔盐中直接将微球形态的氧化钛还原，获得纳米多孔钛。该材料的表面曲率分布符合提升物质本征熔点的条件。

实施例5

材料种类为纳米多孔氧化铈。

用水热法制备纳米多孔氧化铈纳米棒，得到包含大量负曲率表面的孔型表面。该材料的表面曲率分布符合提升物质本征熔点的条件。

以上详细描述了本发明的一些实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。