高弹性高活性位点的镍纳米线气凝胶的磁控制备方法

1.本发明涉及超级电容器电极材料、电催化材料技术领域，特别涉及一种具备高抗压缩性、高弹性、高柔性且高活性位点的镍纳米线气凝胶及其磁控制备方法。适用于超级电容器电极材料、电催化材料技术等领域金属基纳米气凝胶制备场合，且极其适应于镍、钴、硼等磁性金属及其合金金属气凝胶的制备场合。


背景技术：

2.超级电容器是高功率密度、高循环稳定性的电子设备，同时由于其内部结构具备低阻抗、高速储能、稳定释能的特性，被广泛应用到各类电子产品中。超级电容器的储能性能很大程度上取决于电极电解质材料的性质，故急需高导电性、高活性位点、自我修复性能强的电极材料。零碳源载体、高能量密度的氢是非常具有前途的能源材料，目前碱性电解水制氢是较为有效的手段，高活性比表面积的催化剂能够有效地降低制氢反应的过电位，因此开发出超高活性位点、高抗腐蚀性能的微纳米结构催化材料是非常有必要的。
3.纳米结构的镍金属或镍基合金气凝胶是利用镍基金属离子与有机配体行成的非共价键作用或桥联作用形成的多孔超分子结构的超轻凝胶材料，该纳米材料具备金属元素的氧化还原化学特性、光磁电物理特性同时兼容有机凝剂超高柔性弹性力学特性、高孔隙度组织特性，同时内部结构具备高比表面积、高活性位点、高导电率的特性，从而被首选应用到超级电容器电极与电催化制氢材料中，其在该领域被视为可替代传统材料的新型智能材料，同时在光电磁波吸收、柔性传感等领域也得到广泛应用。
4.虽然纳米结构的镍金属或镍基合金气凝胶具有高孔隙率、高导电率的特性，但是其在生产制备中存在以下需要改进的地方：
5.(1)传统镍金属和镍基合金气凝胶在制备过程中对纳米金属纤维的生长方向和显微结构形态无法主动控制，任由其自由发散生长，对于需要各向异性的气凝胶制备来说，该制备方法很难适应；
6.(2)大多数传统方法制备的金属气凝胶由于宏观脆性，需要添加导电剂和粘结剂与集流体复合，同时在充放电过程中会产生体积应变，因此需要研发出具备加工性能优异及自我修复能力强的镍金属或镍基合金气凝胶材料；
7.(3)普通制备方法所制备的镍金属或镍基合金气凝胶微观上为2d或3d纳米结构；第一，相比于上述结构，1d线性纳米结构具备超高的活性位点和更小的纤维尺寸；第二，3d网络结构气凝胶在干燥过程中容易结构崩塌，需要更复杂的干燥流程，比如超临界干燥，这不利于气凝胶的量化生产；因此设计简易高效的高活性位点镍纳米线气凝胶材料的制备方法是非常必要的。
8.总上所述，从提高镍金属及镍基合金气凝胶力学性能，并使其具备高活性位点的角度出发，必须对现有镍金属及镍基合金纳米线气凝胶生产制备方法进行改进，以获取各向异性、高比表面积、高弹性的镍金属或镍基合金纳米线气凝胶材料，且开发出简易高效的可在空气中干燥的气凝胶的制备方法。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种高弹性高活性位点的镍纳米线气凝胶的磁控制备方法，解决了现有技术存在的以下问题：
10.(1)镍金属及镍基合金纳米结构气凝胶生长形态无法主动控制；
11.(2)传统的制备方法很难制备出具备超高活性位点的1d线性纳米结构的镍金属及镍基合金纳米线气凝胶；很难制备出具备高弹性高抗压缩性能的1d线性纳米结构的镍金属及镍基合金纳米线气凝胶。
12.本发明通过配比悬浮液各溶质溶液成分比例，规划制备流程与工艺，利用磁控成型方法，设定恒定压强p与恒定温度t，生产出具备高活性位点、高抗压缩性、各向异性、纳米线结构的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶。
13.本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
14.高弹性高活性位点的镍纳米线气凝胶的磁控制备方法，创新性地提出了磁控微观结构成型方法；创新性地提出了磁控成型与恒压成型结合的镍纳米线气凝胶制备方法。
15.本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
16.s1、水凝胶悬浮液成分选择及配比
17.s1.1、水凝胶镍源与络合剂选择，并配比水凝胶基液；
18.s1.2、还原剂溶液配比；
19.s1.3、水凝胶基液与还原剂溶液ph调节；
20.s1.4、水凝胶基液与还原剂溶液混合。
21.步骤s1.1所述的水凝胶镍源为无水粉末状氯化镍(nicl2·
6h2o)；所述的络合剂为白色结晶性粉末柠檬酸钠(c6h5na3o7·
2h2o)；所述的配比水凝胶基液方法为干燥无尘环境条件下1.071-3.213g氯化镍粉末与0.485-1.455g柠檬酸钠粉末置于玻璃容器中，使用超纯水将其溶解并将基液置于超声波发生装置中超声处理，分别形成0.15-0.45m氯化镍溶液和0.065-0.165m的柠檬酸钠溶液备用，备用期间持续超声处理。
22.步骤s1.2所述的水凝胶还原剂为透明液体水合肼(n2h4·
h2o)，所述的还原剂溶液配比方法为取1.275-3.825ml水合肼加入28.725-26.175ml超纯水中配比成4.25-12.75vol％的水合肼还原剂溶液，将还原剂溶液放置于超声波发生装置中，利用超声处理形成均匀的还原剂溶液备用，备用期间持续超声处理。
23.步骤s1.3所述的水凝胶基液与还原剂溶液ph调节方法为：使用6m氢氧化钾(koh)溶液分三次加入到水凝胶基液与还原剂溶液中反复测量其ph值，调至ph值为10-13，同时将溶液预热备用。
24.步骤s1.4所述的水凝胶基液与还原剂溶液混合的方法为：将水凝胶基液与还原剂溶液迅速混合至生长容器中，快速搅拌密封。
25.s2、磁控、恒压、恒温水凝胶制备
26.s2.1、合成环镜参数设定；
27.s2.2、水凝胶悬浮液置入；
28.s2.3、合成时间。
29.步骤s2.1所述的合成环镜参数设定是：均匀磁场强度为100-500gs，恒定压强为56.6625-151.9875kpa，水浴恒温度为60-100℃，界面气相为惰性气体。
30.步骤s2.2所述的水凝胶悬浮液置入方法为：在干燥无尘环境条件将步骤s1.4水凝胶基液与还原剂溶液迅速混合形成的悬浮液立即置入磁控水凝胶制备设备中。
31.步骤s2.3所述的合成时间为0.5-3h。
32.步骤s2镍纳米线气凝胶的制备化学方程式为：
33.2ni(ii)+n2h4+4oh
‑→
2ni0+n2↑
+4h2o
34.氯化镍(nicl2·
6h2o)提供ni(ii)源，水合肼(n2h4·
h2o)作为还原剂，氢氧化钾(koh)创造碱性环境，氯化镍(nicl2·
6h2o)与水合肼(n2h4·
h2o)的摩尔浓度的关系满足如下条件：
[0035][0036]
式中：m(nicl2·
6h2o)表示为氯化镍(nicl2·
6h2o)的摩尔浓度；m(n2h4·
h2o)为水合肼(n2h4·
h2o)的摩尔浓度；obj表示为常量，考虑到高摩尔浓度的水合肼能够促进化学方程式向右反应，obj取值为5。
[0037]
柠檬酸钠(c6h5na3o7·
2h2o)作为络合剂，不参与反应；柠檬酸钠(c6h5na3o7·
2h2o)的摩尔浓度直接影响镍纳米线的直径，柠檬酸钠(c6h5na3o7·
2h2o)的摩尔浓度越高，镍纳米线的直径越大，在同等条件下通过控制柠檬酸钠(c6h5na3o7·
2h2o)的摩尔浓度能够控制镍纳米线的直径，满足如下方程：
[0038][0039]
式中：d(ρ)表示的是镍纳米线直径函数；ρ表示的是(c6h5na3o7·
2h2o)的摩尔浓度；ρk为常数；n为正数；rn(ρ)表示的是镍纳米线直径函数误差；
[0040]
确定d(ρ)函数的流程是：
[0041]
(1)在保持其他反应条件不变的情况下，不断增加柠檬酸钠浓度进行测试，测试的柠檬酸钠浓度用ρm进行表示，其中m＝0，1，2
…
；
[0042]
(2)每一次测试的结果，取样品在扫描电镜观察下的样品镍纳米线的平均直径dm，其中m＝0，1，2
…
；
[0043]
(3)dm与ρm进行准均匀三次b样条拟合，获得无数个坐标点集，将坐标点集放置泰勒公式中即得d(ρ)。
[0044]
所述的磁控水凝胶制备设备内部包含磁场强度可调节的磁场发生器、恒温控制的水浴锅、压强可控的发生装置，磁控水凝胶制备设备内部为惰性气体环境，以去除空气中杂质对水凝胶生长的影响；所述的磁场发生器提供与圆柱形水凝胶生长容器轴向平行且垂直于悬浮液表面的均匀磁场线，提供磁场强度为0-1000gs的均匀磁场；所述的恒温控制的水浴锅为水凝胶生长提供60-100℃恒温环境；所述的压强可控的发生装置在生长容器上方提供56.6625-151.9875kpa恒定压强；所述的强度为b的均匀磁场作用机理为镍纳米粒子在磁场线方向由于受到轴向磁力的作用，镍纤维会沿着磁场线线性排布，同时在浮力与磁力的共同作用下镍纳米粒子上浮，在上浮过程中遇到悬浮液凝胶结晶位点后结晶成型，随着磁场强度的提升，镍纳米粒子上浮受到的磁力就越大，镍纳米粒子线性队列排布与磁场线的夹角越小，趋向0
°
，气凝胶内部纳米线性结构更一致化，由于镍纳米粒子上浮过程中在水平方向存在可忽略不计的微弱的扩散力与正反离子引力，导致气凝胶在水平方向上生长位点
少，故形成1d纳米结构镍纳米线气凝胶；所述的恒定的压强p为镍纳米线气凝胶在悬浮液气液界面处提供显微形状可控的生长位点，当气压高时，镍纳米粒子受浮力与磁力的共同作用上浮时，在气液界面处由于受到气压向下压力的作用，气凝胶在界面处呈现显微平滑均匀分布的特性，为后续上浮的镍纳米粒子提供更多均匀分布的着床生长位点，气凝胶纳米线结构方向一致性更强，当气压低时，镍纳米粒子上浮时，在气液界面处由于受到气压向上拉力的作用，其在界面处呈现显微凹凸的特性，为后续上浮的镍纳米粒子提供更多的不规整着床生长位点，镍纳米线气凝胶纳米线结构生长分散，内部活性位点也将无序化；均匀磁场b提供水凝胶可控纳米结构线性生长的微观动力，恒定压强p提供在气液界面处提供可控微观形貌的着床位点，在两者的共同作用下，高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶材料制备而成。
[0045]
磁场强度直接影响镍纤维的直线度，磁场强度越强，镍纤维越直越长，在同等条件下通过控制磁场强度的大小能够控制镍纤维的直线度，满足如下方程：
[0046][0047]
式中：l(b)表示的是镍纤维直线度函数；b表示的是磁场强度；bk为常数；n为正数；rn(b)表示的是镍纤维直线度函数误差；
[0048]
确定l(b)函数的流程是：
[0049]
(1)在保持其他反应条件不变的情况下，不断增加磁场强度进行测试，测试的磁场强度用bm进行表示，其中m＝0，1，2
…
；
[0050]
(2)每一次测试的结果，取样品在扫描电镜观察下的样品镍纤维的直线度lm，其中m＝0，1，2
…
；
[0051]
(3)lm与bm进行准均匀三次b样条拟合，获得无数个坐标点集，将坐标点集放置泰勒公式中即得l(b)。
[0052]
s3、镍纳米线气凝胶后处理
[0053]
s3.1、杂质清洗；
[0054]
s3.2、干燥工艺设定。
[0055]
步骤s3.1所述的杂质清洗工艺为去除磁场，取出湿凝胶，用超纯水反复冲洗样品。
[0056]
步骤s3.2所述的干燥工艺设定为冲洗的气凝胶放置于真空干燥箱内，在60-100℃下干燥8-15h，获得镍纳米线气凝胶。
[0057]
本发明的有益效果在于：
[0058]
1、本发明制备的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶材料内部显微结构呈现1d线性同轴分布特征，相同条件下该材料提供了比2d、3d显微结构更多的活性位点，定向线性排布的镍纳米粒子使得该材料具备低阻抗和高导电性，同时这种微观结构赋予了该材料更强的纳米线轴向拉伸力学性能，更优良的抗压缩性能。
[0059]
2、本发明的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶磁控制备方法采用较为富源、绿色、价格低廉来源广泛的成分元素；明确了氯化镍与水合肼的摩尔浓度比例；明确了柠檬酸钠摩尔浓度与镍纳米线直径的函数关系，磁场强度与镍纤维直线度的函数关系，压强与控制着床位点微观形貌的关系；同时提出的磁控成型与恒压成型结合的镍纳米线气凝胶制备方法使得高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶制备方法无需复杂的干燥条件，同时简化了气
凝胶的制备流程。
附图说明
[0060]
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0061]
图1为本发明的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶及其磁控制备方法示意图；
[0062]
图2为本发明的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶正面图；
[0063]
图3为本发明的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶侧面图；
[0064]
图4为本发明的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶超轻效果图；
[0065]
图5为本发明的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶高柔性效果图；
[0066]
图6为本发明的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶sem 3000倍微观结构图；
[0067]
图7为本发明的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶sem 10000倍微观结构图；
[0068]
图8为本发明的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶sem 20000倍微观结构图；
[0069]
图9为本发明的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶sem 50000倍微观结构图；
[0070]
图10为本发明的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶2ma cm-2
～10ma cm-2
电流密度下的恒电流充放电曲线；
[0071]
图11为本发明的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶20ma cm-2
～100ma cm-2
电流密度下的恒电流充放电曲线；
[0072]
图12为本发明的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶在2ma cm-2
～100ma cm-2
电流密度下的面积比容量。
具体实施方式
[0073]
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0074]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0075]
参见图1所示，本发明的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶及其磁控制备方法，创新性地提出了磁控微观结构成型方法；创新性地提出了磁控成型与恒压成型结合的镍纳米线气凝胶制备方法。
[0076]
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
[0077]
s1、水凝胶悬浮液成分选择及配比
[0078]
s1.1、水凝胶镍源与络合剂选择，并配比水凝胶基液；
[0079]
s1.2、还原剂溶液配比；
[0080]
s1.3、水凝胶基液与还原剂溶液ph调节；
[0081]
s1.4、水凝胶基液与还原剂溶液混合。
[0082]
作为本发明更优的技术方案，s1.1所述的水凝胶镍源为标准纯度(cas号:7791-20-0)的无水粉末状氯化镍(nicl2·
6h2o)；所述的络合剂为标准纯度(cas号:6132-04-3)白
色结晶性粉末柠檬酸钠(c6h5na3o7·
2h2o)，所述的配比水凝胶基液方法为干燥无尘环境条件下取2g的氯化镍粉末与0.1g的柠檬酸钠粉末置于玻璃容器中，使用30ml超纯水将其溶解并将基液置于超声波发生装置中超声处理，形成特定摩尔浓度的澄清溶液备用，备用期间持续超声处理。
[0083]
作为本发明更优的技术方案，s1.2所述的水凝胶还原剂为标准纯度(cas号:7803-57-8)透明液体水合肼(n2h4·
h2o)，所述的还原剂溶液配比方法为将水合肼加入超纯水中配比成5vol％水合肼浓度的还原剂溶液，届时将还原剂溶液放置于超声波发生装置中，利用超声处理形成均匀的还原剂溶液备用，备用期间持续超声处理。
[0084]
作为本发明更优的技术方案，s1.3所述的水凝胶基液与还原剂溶液ph调节方法为：使用6m氢氧化钾(koh)溶液分三次加入到水凝胶基液与还原剂溶液中反复测量其ph值，调至ph值为13，同时将溶液预热备用。
[0085]
作为本发明更优的技术方案，s1.4所述的水凝胶基液与还原剂溶液混合的方法为：将水凝胶基液与还原剂溶液迅速混合至生长容器中，快速搅拌密封。
[0086]
s2、磁控、恒压、恒温水凝胶制备
[0087]
s2.1、合成环镜参数设定；
[0088]
s2.2、水凝胶悬浮液置入；
[0089]
s2.3、合成时间。
[0090]
作为本发明更优的技术方案，s2.1所述的合成环镜参数设定为均匀磁场强度为300gs，恒定压强为101.325kpa，水浴恒温度为60℃，界面气相为惰性气体氩气。
[0091]
作为本发明更优的技术方案，s2.2所述的水凝胶悬浮液置入方法为步骤s1.4水凝胶基液与还原剂溶液迅速混合悬浮液应立即放入磁控水凝胶制备装备中。
[0092]
作为本发明更优的技术方案，s2.3所述的合成时间为3小时。
[0093]
作为本发明更优的技术方案，所述的磁控水凝胶制备设备内部包含磁场强度可调节的磁场发生器、恒温控制的水浴锅、压强可控的发生装置，磁控水凝胶制备设备内部为惰性气体环境，以去除空气中杂质对水凝胶生长的影响；所述的磁场发生器提供与圆柱形水凝胶生长容器轴向平行且垂直于悬浮液表面的均匀磁场线，提供磁场强度为0-1000gs的均匀磁场；所述的恒温控制的水浴锅为水凝胶生长提供60-100℃恒温环境；所述的压强可控的发生装置在生长容器上方提供56.6625-151.9875kpa恒定压强；所述的强度为b的均匀磁场作用机理为镍纳米粒子在磁场线方向由于受到轴向磁力的作用，镍纤维会沿着磁场线线性排布，同时在浮力与磁力的共同作用下镍纳米粒子上浮，在上浮过程中遇到悬浮液凝胶结晶位点后结晶成型，随着磁场强度的提升，镍纳米粒子上浮受到的磁力就越大，镍纳米粒子线性队列排布与磁场线的夹角越小，趋向0
°
，气凝胶内部纳米线性结构更一致化，由于镍纳米粒子上浮过程中在水平方向存在可忽略不计的微弱的扩散力与正反离子引力，导致气凝胶在水平方向上生长位点少，故形成1d纳米结构镍纳米线气凝胶；所述的恒定的压强p为镍纳米线气凝胶在悬浮液气液界面处提供显微形状可控的生长位点，当气压高时，镍纳米粒子受浮力与磁力的共同作用上浮时，在气液界面处由于受到气压向下压力的作用，气凝胶在界面处呈现显微平滑均匀分布的特性，为后续上浮的镍纳米粒子提供更多均匀分布的着床生长位点，气凝胶纳米线结构方向一致性更强，当气压低时，镍纳米粒子上浮时，在气液界面处由于受到气压向上拉力的作用，其在界面处呈现显微凹凸的特性，为后续上浮的
镍纳米粒子提供更多的不规整着床生长位点，镍纳米线气凝胶纳米线结构生长分散，内部活性位点也将无序化；均匀磁场b提供水凝胶可控纳米结构线性生长的微观动力，恒定压强p提供在气液界面处提供可控微观形貌的着床位点，在两者的共同作用下，高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶材料制备而成。
[0094]
s3、镍纳米线气凝胶后处理
[0095]
s3.1、杂质清洗；
[0096]
s3.2、干燥工艺设定。
[0097]
作为本发明更优的技术方案，所述的杂质清洗工艺为去除磁场，取出湿凝胶，用超纯水反复冲洗样品。
[0098]
作为本发明更优的技术方案，所述的干燥工艺设定为冲洗的气凝胶放置于真空干燥箱内，80摄氏度干燥15小时，获得镍纳米线气凝胶。
[0099]
参见图2至图5所示，制备的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶呈现圆片状，存在高孔隙特性，其密度超低，重量可忽略不计，同时具备高柔性。
[0100]
参见图6至图9所示，制备的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶的纳米线直径约为100纳米；制备的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶为1d纳米线结构，在拥有相同数目及直径的金属粒子条件下，相比于2d、3d网状结构，1d纳米线内部粒子之间的接触面积更小，这赋予了镍纳米线更高的活性位点数目，且镍纳米线排列方向一致，规则有序，这有利于提高材料的拉伸性能，制备的高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶拉伸强度可达70kpa以上，杨氏模量可达4mpa以上，同时在循环重复压缩加卸载后，材料的抗压缩性能以及弹性性能未出现明显下降趋势，比如压缩率在70％时仍然体现出高回弹的特性。
[0101]
参见图10至图12所示，在三电极测试系统中，使用一定面积大小的镍纳米线气凝胶作为工作电极，铂电极作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，对所得材料进行电化学性能测试；所制备的镍纳米线气凝胶具有优异的电化学性能。在2macm-2
的电流密度下，具有高达5340mf cm-2
的面积容量，电流密度增大50倍，在100macm-2
的大电流密度下，仍然具有30％的容量保持率。
[0102]
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高弹性高活性位点的镍纳米线气凝胶的磁控制备方法，其特征在于：提出了磁控微观结构成型方法、磁控成型与恒压成型结合的镍纳米线气凝胶制备方法，包括如下步骤：s1、水凝胶悬浮液成分选择及配比s1.1、水凝胶镍源与络合剂选择，并配比水凝胶基液；s1.2、还原剂溶液配比；s1.3、水凝胶基液与还原剂溶液ph调节；s1.4、水凝胶基液与还原剂溶液混合。s2、磁控、恒压、恒温水凝胶制备s2.1、合成环镜参数设定；s2.2、水凝胶悬浮液置入；s2.3、合成时间。2.根据权利要求1所述的高弹性高活性位点的镍纳米线气凝胶的磁控制备方法，其特征在于：步骤s1.1所述的水凝胶镍源为无水粉末状氯化镍nicl2·
6h2o；所述的络合剂为白色结晶性粉末柠檬酸钠c6h5na3o7·
2h2o；所述的配比水凝胶基液方法为干燥无尘环境条件下1.071-3.213g氯化镍粉末与0.485-1.455g柠檬酸钠粉末置于玻璃容器中，使用超纯水将其溶解并将基液置于超声波发生装置中超声处理，分别形成0.15-0.45m氯化镍溶液和0.065-0.165m的柠檬酸钠溶液备用，备用期间持续超声处理。3.根据权利要求1所述的高弹性高活性位点的镍纳米线气凝胶的磁控制备方法，其特征在于：步骤s1.2所述的水凝胶还原剂为透明液体水合肼n2h4·
h2o，所述的还原剂溶液配比方法为取1.275-3.825ml水合肼加入28.725-26.175ml超纯水中配比成4.25-12.75vol％的水合肼还原剂溶液，将还原剂溶液放置于超声波发生装置中，利用超声处理形成均匀的还原剂溶液备用，备用期间持续超声处理。4.根据权利要求1所述的高弹性高活性位点的镍纳米线气凝胶的磁控制备方法，其特征在于：步骤s2.1所述的合成环镜参数设定是：均匀磁场强度b为100-500gs，恒定压强p为56.6625-151.9875kpa，水浴恒温度t为60-100℃，界面气相为惰性气体；步骤s2.3所述的合成时间t为0.5-3h。5.根据权利要求1所述的高弹性高活性位点的镍纳米线气凝胶的磁控制备方法，其特征在于：镍纳米线气凝胶的制备化学方程式为：2ni(ⅱ)+n2h4+4oh-→
2ni0+n2↑
+4h2o6.根据权利要求1所述的高弹性高活性位点的镍纳米线气凝胶的磁控制备方法，其特征在于：氯化镍nicl2·
6h2o提供ni(ⅱ)源，水合肼n2h4·
h2o作为还原剂，氢氧化钾koh创造碱性环境，氯化镍nicl2·
6h2o与水合肼n2h4·
h2o的摩尔浓度的关系满足如下条件：式中：m(nicl2·
6h2o)表示为氯化镍(nicl2·
6h2o)的摩尔浓度；m(n2h4·
h2o)为水合肼n2h4·
h2o的摩尔浓度；obj表示为常量，考虑到高摩尔浓度的水合肼能够促进权利要求5化学方程式向右反应，obj取值为5。7.根据权利要求1所述的高弹性高活性位点的镍纳米线气凝胶的磁控制备方法，其特
征在于：柠檬酸钠c6h5na3o7·
2h2o作为络合剂，不参与权利要求5内镍纳米线气凝胶的制备化学方程式；柠檬酸钠c6h5na3o7·
2h2o的摩尔浓度直接影响镍纳米线的直径，柠檬酸钠c6h5na3o7·
2h2o的摩尔浓度越高，镍纳米线的直径越大，在同等条件下通过控制柠檬酸钠c6h5na3o7·
2h2o的摩尔浓度能够控制镍纳米线的直径，满足如下方程：式中：d(ρ)表示的是镍纳米线直径函数；ρ表示的是c6h5na3o7·
2h2o的摩尔浓度；ρ
k
为常数；n为正数；r
n
(ρ)表示的是镍纳米线直径函数误差；确定d(ρ)函数的流程是：(1)在保持其他反应条件不变的情况下，不断增加柠檬酸钠浓度进行测试，测试的柠檬酸钠浓度用ρ
m
进行表示，其中m＝0,1,2
…
；(2)每一次测试的结果，取样品在扫描电镜观察下的样品镍纳米线的平均直径d
m
，其中m＝0,1,2
…
；(3)d
m
与ρ
m
进行准均匀三次b样条拟合，获得无数个坐标点集，将坐标点集放置泰勒公式中即得d(ρ)。8.根据权利要求1所述的高弹性高活性位点的镍纳米线气凝胶的磁控制备方法，其特征在于：步骤s2.2所述的水凝胶悬浮液置入方法为：在干燥无尘环境条件将水凝胶基液与还原剂溶液迅速混合形成的悬浮液立即置入磁控水凝胶制备设备中；所述磁控水凝胶制备设备内部包含磁场强度可调节的磁场发生器、恒温控制的水浴锅、压强可控的发生装置，磁控水凝胶制备设备内部为惰性气体环境，以去除空气中杂质对水凝胶生长的影响；所述的磁场发生器提供与圆柱形水凝胶生长容器轴向平行且垂直于悬浮液表面的均匀磁场线，提供磁场强度为0-1000gs的均匀磁场；所述的恒温控制的水浴锅为水凝胶生长提供60-100℃恒温环境；所述的压强可控的发生装置在生长容器上方提供56.6625-151.9875kpa恒定压强；所述的强度为b的均匀磁场作用机理为镍纳米粒子在磁场线方向由于受到轴向磁力的作用，镍纤维会沿着磁场线线性排布，同时在浮力与磁力的共同作用下镍纳米粒子上浮，在上浮过程中遇到悬浮液凝胶结晶位点后结晶成型，随着磁场强度的提升，镍纳米粒子上浮受到的磁力就越大，镍纳米粒子线性队列排布与磁场线的夹角越小，趋向0
°
，气凝胶内部纳米线性结构更一致化，由于镍纳米粒子上浮过程中在水平方向存在可忽略不计的微弱的扩散力与正反离子引力，导致气凝胶在水平方向上生长位点少，故形成1d纳米结构镍纳米线气凝胶；所述的恒定的压强p为镍纳米线气凝胶在悬浮液气液界面处提供显微形状可控的生长位点，当气压高时，镍纳米粒子受浮力与磁力的共同作用上浮时，在气液界面处由于受到气压向下压力的作用，气凝胶在界面处呈现显微平滑均匀分布的特性，为后续上浮的镍纳米粒子提供更多均匀分布的着床生长位点，气凝胶纳米线结构方向一致性更强，当气压低时，镍纳米粒子上浮时，在气液界面处由于受到气压向上拉力的作用，其在界面处呈现显微凹凸的特性，为后续上浮的镍纳米粒子提供更多的不规整着床生长位点，镍纳米线气凝胶纳米线结构生长分散，内部活性位点也将无序化；均匀磁场b提供水凝胶可控纳米结构线性生长的微观动力，恒定压强p提供在气液界面处提供可控微观形貌的着床位点，在两者的共同作用下，高弹性高活性位点镍纳米线气凝胶材料制备而成。9.根据权利要求1所述的高弹性高活性位点的镍纳米线气凝胶的磁控制备方法，其特
征在于：磁场强度直接影响镍纤维的直线度，磁场强度越强，镍纤维越直越长，在同等条件下通过控制磁场强度的大小能够控制镍纤维的直线度，满足如下方程：式中：l(b)表示的是镍纤维直线度函数；b表示的是磁场强度；b
k
为常数；n为正数；r
n
(b)表示的是镍纤维直线度函数误差；确定l(b)函数的流程是：(1)在保持其他反应条件不变的情况下，不断增加磁场强度进行测试，测试的磁场强度用b
m
进行表示，其中m＝0,1,2
…
；(2)每一次测试的结果，取样品在扫描电镜观察下的样品镍纤维的直线度l
m
，其中m＝0,1,2
…
；(3)l
m
与b
m
进行准均匀三次b样条拟合，获得无数个坐标点集，将坐标点集放置泰勒公式中即得l(b)。10.根据权利要求1所述的高弹性高活性位点的镍纳米线气凝胶的磁控制备方法，其特征在于：还包括：s3、镍纳米线气凝胶后处理s3.1、杂质清洗：去除磁场，取出湿凝胶，用超纯水反复冲洗样品；s3.2、干燥工艺设定：冲洗的气凝胶放置于真空干燥箱内，在60-100℃下干燥8-15h，获得镍纳米线气凝胶。

技术总结
本发明涉及一种高弹性高活性位点的镍纳米线气凝胶的磁控制备方法，属于超级电容器电极材料、电催化材料技术领域。创新性地提出了磁控微观结构成型方法；创新性地提出了磁控成型与恒压成型结合的镍纳米线气凝胶制备方法；制备的镍纳米线气凝胶材料内部显微结构呈现1D线性同轴分布特征，相同条件下该材料提供了比2D、3D显微结构更多的活性位点，定向线性排布的镍纳米粒子使得该材料具备低阻抗和高导电性，同时这种微观结构赋予了该材料更强的纳米线轴向拉伸力学性能，更优良的抗压缩性能。该制备方法利用均匀磁场控制线性纳米结构形态，利用恒定压强控制着床位点微观形貌，使得该气凝胶制备方法无需复杂的干燥条件，同时简化了制备流程。化了制备流程。化了制备流程。


技术研发人员：赵丽君 丁珊珊 潘新博
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/8/24