[發(fā)明專利]一種核殼結(jié)構(gòu)納米材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010711907.4
• 申請日: 2020-07-22
• 公開（公告）號: CN111687425B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張昱;王澤鵬;崔成強(qiáng);張凱;陳新
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B22F9/14
• 分類號: B22F9/14;B22F1/17;B22F1/054;C01B32/15;C01B33/02;C01B33/18;C01G9/02;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 黃忠

本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種核殼結(jié)構(gòu)納米材料及其制備方法。本發(fā)明公開的制備方法向火花燒蝕裝置內(nèi)通入載氣氣源后，載氣在高壓脈沖下火花放電，高溫火花將兩個電極表面的材料燒蝕蒸發(fā)，形成兩種原子團(tuán)簇，隨即冷凝形成納米顆粒，經(jīng)燒結(jié)、冷卻，熔點高的納米顆粒先凝結(jié)為核心，熔點低的納米顆粒后凝結(jié)為殼層，形成核殼結(jié)構(gòu)以降低能量保持穩(wěn)定狀態(tài)。該制備方法無需制備前驅(qū)體，工藝簡單快捷且環(huán)保，降低生產(chǎn)成本，可連續(xù)生產(chǎn)，有利于實現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)；該制備方法制得的核殼顆粒純度高、單分散性好、尺寸可控、且尺寸分布窄；該制備方法通過更換電極的材料可以制備得到不同類型的核殼材料，可應(yīng)用于電子、生物醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種核殼結(jié)構(gòu)納米材料及其制備方法。

背景技術(shù)

核殼材料是以一個尺寸在微米至納米級的球形顆粒為核，在其表面包覆數(shù)層均勻納米薄膜而形成的一種復(fù)合多相結(jié)構(gòu)。核殼材料集無機(jī)、有機(jī)、納米粒子諸多特異性質(zhì)于一體,并可通過控制核-殼的厚度等實現(xiàn)復(fù)合性能的調(diào)控，因而受到廣泛關(guān)注與研究。

根據(jù)核殼成分的不同,主要可分為有機(jī)核-無機(jī)殼型、無機(jī)核-有機(jī)殼型和無機(jī)核-無機(jī)殼型。核殼材料一方面可以通過性質(zhì)相對穩(wěn)定的外殼來保護(hù)內(nèi)核粒子不發(fā)生物理、化學(xué)變化,另一方面還可通過表面包覆將外殼粒子特有的電磁性能、光學(xué)性能、催化性能賦予內(nèi)核粒子,改善核粒子的表面荷電、表面活性與穩(wěn)定性、分散性等。

目前制備核殼結(jié)構(gòu)材料的方法主要有種子聚合法、大分子單體法、自組裝法、逐步異相凝聚法等。以上方法制備的核殼結(jié)構(gòu)顆粒主要集中在微米級，由于納米材料活性太高，以上方法較難控制，難以制備納米級核殼結(jié)構(gòu)材料。同時以上方法還存在以下缺點：(1)制備過程易引入雜質(zhì)，制得的核殼結(jié)構(gòu)材料純度不高；(2)制備的核殼結(jié)構(gòu)顆粒之間容易團(tuán)聚，分散性不好；(3)使用有毒有害化學(xué)試劑，對環(huán)境不友好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種核殼結(jié)構(gòu)納米材料及其制備方法，解決了目前核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制備方法制得的核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料純度低、分散性不好、制備過程較為繁瑣、且使用有毒化學(xué)試劑的問題。

其具體技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供了一種核殼結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法，采用依次連通的載氣氣源、火花燒蝕裝置、燒結(jié)裝置和收集裝置組成的制備系統(tǒng)制備，所述火花燒蝕裝置內(nèi)上下對稱設(shè)置有第一電極和第二電極，所述火花燒蝕裝置左右壁分別開設(shè)有用于連通所述載氣氣源和燒結(jié)裝置的通孔，兩個所述通孔的軸線位一同水平線上，且位于所述第一電極與所述第二電極之間；

所述制備方法包括以下步驟：

步驟1：向所述火花燒蝕裝置內(nèi)通入載氣氣源；

步驟2：向所述第一電極與所述第二電極施加脈沖電壓進(jìn)行火花燒蝕反應(yīng)，形成第一電極原子團(tuán)簇和第二電極原子團(tuán)簇，冷卻形成納米顆粒；

步驟3：所述納米顆粒在所述載氣氣源的帶動下進(jìn)入所述燒結(jié)裝置進(jìn)行燒結(jié)，冷卻，得到核殼結(jié)構(gòu)的納米材料；

所述第一電極的熔點高于所述第二電極的熔點。

優(yōu)選地，所述第一電極與所述第二電極的熔點相差50℃以上。

優(yōu)選地，所述載氣氣源為氮氣和/或惰性氣體。

優(yōu)選地，所述載氣氣源的流量為0.01-30L/min。

優(yōu)選地，所述第一電極為圓柱狀，所述第一電極的直徑為1-100mm；

所述第二電極為圓柱狀，所述第二電極的直徑為1-100mm。

優(yōu)選地，所述第一電極選自導(dǎo)體材料或半導(dǎo)體材料；

所述第二電極選自導(dǎo)體材料或半導(dǎo)體材料。