afm耐磨（基于纳米多孔金的坚固金属致动器）

纳米多孔金属是通过化学或物理方法从合金前驱体中有选择地去除牺牲元素而合成的，范围从锂到金，从薄片到块状样品，从单孔结构到分层多孔结构。纳米多孔金属具有高比表面积、纳米尺寸的沟道、整体相对于纳米颗粒、优异的导电性以及相对于纳米孔聚合物或陶瓷的机械强度，因此在能量存储/转换到二氧化碳还原等方面有着广泛的应用前景。脱合金纳米多孔金(NP-Au)可作为锂空气电池和燃料电池中的氧还原催化剂，或作为将电能转化为机械能的致动器。然而，它面临着粗化导致的结构不稳定、低相对密度导致的机械脆弱和缓慢的脱合金化速度等挑战。

来自沃里克大学的学者从单相Au25Ni75固溶体中脱溶单块np-Au的速度快一个数量级，发现残余Ni含量极低，更重要的是，其相对密度比从常规Au25Ag75中脱合金的Np-Au高三分之一。牺牲元素Ni的小原子半径和低脱合金本质上有利于快速制备高相对密度的Np-Au，正如二元合金脱合金化的一般模型所预测的那样，同时得到了实验验证。在碱性和酸性电解液中循环电位触发下，nP-Au发生稳定、持久和可逆的驱动，粗化引起的应变移动可以忽略不计。块体np-Au的热和机械稳定性是由于在300°C和45MPa的宏观屈服强度下退火时韧带粗化速度慢了两个数量级，与典型的早期塑性屈服不同。这篇文章为获得高相对密度的np-Au开辟了一个丰富的方向，这对多孔网络的连通性、机械强度和电化学功能的纳米结构健壮性是必不可少的。相关文章以“Robust Metallic Actuators Based on Nanoporous Gold Rapidly Dealloyed from Gold–Nickel Precursors”标题发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202107241

图1. 从Au25Ni75固溶体中快速脱合金的块状纳米多孔金(np-Au)。a)Au-Ni合金相图。b，c)Au25Ni75 (黑色)和np-Au(红色)的XRD。d)电化学脱合金装置的图示。e) Au25Ni75(比表面积≈0.61cm2)在1M HCl和1M HClO4中的电位动力学行为(10 mV s−1)，以及纯金在1M HCl中的电位动力学行为。f)在30°C的1M HCl中，比电流与脱合金时间的关系分别为0.5、0.6、0.7和0.8V，与SHE的关系为0.8V；g)总的脱合金时间与前驱体体积的关系为0.7和0.8V。

图2.韧带尺寸为120纳米的NP-Au的原位电化学驱动。a，b)在1 mV s−1(黑色)、10 mV s−1(红色)和25 mV s−1(绿色)下，np-Au在1M氢氧化钠和1M H2SO4中的循环伏安。c)现场致动测量装置示意图。d)np-Au的致动应变与对应于(a，b)的电极电位之间的关系。e，f)分别在1M NaOH和1M H2SO4中测量的致动应变与比电荷的关系。g，h)连续13h在1M H2SO4中连续激活NP-Au，以2000到1 mV s−1的速率在[0，1.7]V与SHE的范围内扫描，每个速率进行10个循环。i，j)放大的时间区域以查看快速扫描速率下的细节≥500 mV s−1.k)作为扫描速率和频率的函数的致动应变幅度。

图3.np-Au与韧带大小相关的电化学驱动。a，b)Np-Au在0.6V和0.7V，17°C的1M HCl中脱合金的SEM观察；c)脱合金的np-Au的韧带尺寸与孔径大小的关系。d)相对密度与韧带大小的关系。e)在1 mV s−1的1M NaOH溶液中，对韧带尺寸为120nm和57 nm的np-Au进行循环伏安，以及f)相应的驱动应变与电极电位的关系。

图4.从Au25Ni75脱合金的块体np-Au与从Au25Ag75脱合金的块体np-Au的比较。a)在0.7V下从Au25Ni75中脱合金np-Au，而在30°C下1MHCl中脱合成np-Au，以及b)在300°C下退火3h后，c)在0.7V下从Au25Ni75中脱合金np-Au，在17°C下在1M HCl中脱合金，以及d)在300℃下退火3h后，e)在室温下，在1.25V下从Au25Ag75中脱合金np-Au，在1M HClO4中脱合金np-Au。

图5.从AuxNi(1−x)和AuxAg(1−x)中脱合np-Au的相对密度预测和实验结果。a)在np-Au中零残留Ni或Ag含量(R=0%)和np-Au中零体积收缩(S=0%)时，预测的相对密度(ϕ)与前驱体的Au含量(X)的关系。b) AuxAg(1−x)脱合金np-Au的ϕ。c)从AuxNi(1−x)脱合成np-Au的ϕ。

首次从单相Au25Ni75固溶体中脱除块体单块np-Au。通过使用原子半径小于常规Au25Ag75前驱体Ag的牺牲元素Ni，在本文的实验中，np-Au的相对密度从25-28%增加到35-36%，远高于网络连通性的30%阈值。在长期可逆驱动(≥10h)过程中，在酸性和碱性电解液中工作的块状np-Au致动器中粗化引起的应变漂移可以忽略不计，表现出显著的结构稳定性。与相同韧带尺寸的Au-Ag脱合金相比，由于有更多的选择性韧带而不是悬挂的韧带，驱动幅度比Au-Ag脱合金的幅度大10倍，从而对宏观体积变化有贡献。（文：SSC）

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