[發明專利]一種制備金屬微粉覆蓋表面的導電復合微球材料方法

有效

• 申請號: 201410033800.3
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103752821A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 韋群燕;陳景;黃章杰
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;B22F9/08;B22F9/24
• 代理公司: 昆明科陽知識產權代理事務所 53111
• 代理人: 孫山明

技術領域

????本發明屬于高分子材料合成及制備方法。

背景技術

惡劣的環境污染導致對新型高性能低功耗的氣敏傳感器的需求，反應靈敏和響應快速穩定，是氣敏傳感器能量形式轉化和傳遞的條件。多孔氣體傳感器內的質量傳遞過程和吸附反應速率與孔結構密切相關（李明春，靜宇.孔徑分布對多孔氣體傳感器氣敏性能的影響，傳感技術學報，VoL．25?No．9，2012，1189-1193；），如SnO₂多孔涂層對CO氣體具有良好的敏感特性（丁占來等;SnO2納米顆粒多孔薄膜氣敏傳感器對CO氣體的敏感性,?傳感技術學報，VoL.19?No.1，?2006，76-87.?）。另一方面，將金屬負載在氧化物載體上形成催化劑材料，一般制備過程是將氧化物材料形成一定尺寸的載體后浸漬金屬離子，燒結、還原獲得，制備不能除去如氯離子等有害的離子，影響了氣敏元件的信號感應及傳輸。多孔材料的結構、表面酸性及金屬的表面特性將影響催化劑的特性，如在催化材料表面更容易附著催化反應物，加快化學反應速率等（Xin?Qin?et?al.?Progress?in?catalysis?in?china?during?1982-2012:theory?and?technological?innovations,?Chinese?Journal?of?Catalysis?34(2013)401-435.）。

高分子聚合，又稱球狀聚合，是把有機高分子單體在機械攪拌或振蕩和分散劑的作用下，將單體分散成懸浮于水中球狀液滴，用引發劑進行聚合，經分離、?洗滌?、干燥等工序得到球狀高分子材料(馬光輝，蘇志國編著，高分子微球材料，化學工業出版社，2005)。但能否在常規的高分子微球合成中將無機鹽離子鹽分散進液滴，沉淀在高分子聚合球內，形成無機物與高分子的復合微球；并進一步在微球中加入金屬粉末，使其包覆和插入到微球表面及內部，形成金屬-氧化物-高分子的復合微球，構成適應氣敏傳感器的電學特性或催化劑活化特性的多孔的導電的復合微球材料，鮮有文獻記載。

發明內容

本發明目的旨在用球狀、片狀、無定形狀等微米金屬粉通過微乳液法及高分子聚合工藝制備出復合微球，并在熱處理過程中去除水分、有機溶劑，部分高分子材料，獲得多孔的導電的復合微球材料，該材料具有更高的活性表面積和靈敏度，使其能夠適應氣敏傳感器的電學特性或/和催化劑活化特性的需求。

本發明制備方法包括以下步驟：

????（1）以化學還原或噴霧或機械方法獲得的粒徑為2~30微米的球狀、片狀或無定形粉的導電金屬粉末作為微米金屬粉末；

（2）制備微乳液；將高分子單體、表面活性劑及水混合，形成均勻乳液，超聲波震蕩或高速攪拌形成油包水或水包油的微乳液；

上述組分在乳液中體積含量百分比為：高分子單體20～65%、表面活性劑0.1～2%、水為余量；

（3）制備復合微球：在微乳液中加入無機金屬離子的鹽溶液和微米金屬粉末，調節pH使無機金屬離子在微乳液的乳滴中水合為氫氧化物，同時滴加高分子聚合引發劑，聚合溫度為25～100℃，優選40～80℃，形成粒徑10微米～3毫米的微球復合微球；

上述組分在微乳液中體質量含量百分比為：無機金屬離子的鹽溶液20~40%、微米金屬粉末2~20%；

上述高分子聚合引發劑體積含量百分比為高分子單體的1%～3%；

（4）復合微球的多孔化：在空氣中，或在氮氣保護或氫氣保護的管式爐中以10℃/min速率升溫至80～750℃，形成多孔，保溫2～48hr，然后以10℃/min速率降溫至室溫，即得到多孔的覆有導電微米粉的微球材料。

所述步驟（2）中高分子單體是苯乙烯（ST）或甲基丙烯酸甲酯（MMA）或乙烯乙酸酯（VAc）中的一種或幾種。

所述步驟（2）中表面活性劑是十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基氯化銨（CTAB）或Span85中的一種或幾種。?

所述步驟（3）中無機金屬離子鹽為含鈰、鋁、鎂、錫、鋯、鉬、鎢、鈦、銅、鐵、鎳、錳、鈷以及鋅的一種或幾種鹽混合物，其鹽可以是硝酸鹽，硫酸鹽，氯化物，草酸鹽或有機化合物。

所述步驟（?3?）中調節pH的堿液是濃度10%~30%?NaOH溶液，或是濃度10%~30%?碳酸鈉溶液，優選濃度20%碳酸鈉溶液。

所述步驟（?3?）中的高分子聚合引發劑為過硫酸鉀、過硫酸銨、2，2-偶氮二異丁脒硫酸鹽。