[發(fā)明專利]一種尺寸可控的氣凝膠球及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011436069.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN112551494A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 么依民;孫蓉;曾小亮;任琳琳;張濤;許建斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): C01B21/064
• 分類號(hào): C01B21/064;C01B32/956;C01F7/02;C01G9/02;B01J13/00
• 代理公司: 北京市誠(chéng)輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 范盈

本發(fā)明屬于納米多孔材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種尺寸可控的氣凝膠球及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明氣凝膠球的制備方法包括如下步驟：將填料、粘度調(diào)節(jié)劑、鹽與水按照質(zhì)量比1：0.05～0.2：0.025～0.05：5～50混合處理，得到功能化的填料漿料；將功能化的填料漿料放入電噴處理裝置，得到直徑可控的填料漿料液滴；然后滴入低溫制冷介質(zhì)，進(jìn)行冷凍處理形成冰凍混合物，進(jìn)行冷凍干燥處理，得到氣凝膠球前驅(qū)體；將氣凝膠球前驅(qū)體進(jìn)行第一、第二燒結(jié)熱處理，得到氣凝膠球。本發(fā)明適用材料范圍廣、氣凝膠尺寸可控、制備過程簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件相對(duì)溫和以及產(chǎn)率高，氣凝膠球的直徑可控，孔隙率高，在諸多領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米多孔材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種尺寸可控的氣凝膠球及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

作為一種新型的多孔材料，氣凝膠球由于其大的比表面積、有序的微觀結(jié)構(gòu)以及可調(diào)控的孔徑大小在能源儲(chǔ)存、傳感器、生物組織工程及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，在近年來受到了廣泛關(guān)注。同時(shí)，氣凝膠球也可作為一種導(dǎo)熱填料，氣凝膠球本質(zhì)是氣凝膠，相互連通后可形成宏觀的三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。如何有效地調(diào)控規(guī)整性和尺寸一直是制備氣凝膠球的關(guān)鍵技術(shù)問題。氣凝膠球的微觀結(jié)構(gòu)與組裝技術(shù)和組裝單元的形貌有關(guān)。雖然在過去的十年中，氣凝膠的制備技術(shù)快速發(fā)展，但仍存在如下幾個(gè)問題：

(1)前期的技術(shù)大多限制在特定的組裝單元或者對(duì)組裝單元的形貌有限定，比如浙江大學(xué)公開的一種濕法制備石墨烯球的方法，這種方法只限于石墨烯、而不能用于其他材料。同樣的，日本京都大學(xué)了一種只面向二維材料、基于層層自組裝的制備氣凝膠球的技術(shù)，這種技術(shù)無(wú)法應(yīng)用于顆粒或者一維的線狀材料。

(2)目前，制備多孔球的技術(shù)工藝主要包括模板法、液-液相注射、水/溶劑熱。上述三種方法都有某種缺點(diǎn)，比如產(chǎn)率低、制備過程復(fù)雜等，使其實(shí)際應(yīng)用受限。例如，單分散的二氧化硅或者聚酯微球通常用作制備多孔空心球的模板，然后使目標(biāo)產(chǎn)物的前驅(qū)體覆蓋在模板表面，反應(yīng)完成后再除去前驅(qū)體，制備過程較為復(fù)雜。

(3)當(dāng)氣凝膠球作為復(fù)合材料的填料以及應(yīng)用在環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域時(shí)，大批量生產(chǎn)就顯得尤為重要。然而，目前報(bào)道的大部分制備技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的微量制備，受限于成本、設(shè)備等因素?zé)o法大批量生產(chǎn)。

因此，發(fā)明一種簡(jiǎn)單、快速和通用的制備尺寸可控的氣凝膠球的方法具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述背景技術(shù)中提出的問題，本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供了一種通用的制備尺寸可控的氣凝膠球的方法，廣泛地適用于零維顆粒、一維管/線狀材料以及二維材料，不受限于材料種類和形貌，該方法解決了現(xiàn)有通常方法適用材料范圍窄、制備過程復(fù)雜以及產(chǎn)率低的技術(shù)瓶頸。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明第一個(gè)方面提供一種尺寸可控的氣凝膠球的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、將填料、粘度調(diào)節(jié)劑、鹽與水按照質(zhì)量比1：(0.05～0.2)：(0.025～0.05)：(5～50)進(jìn)行混合處理，得到功能化的填料漿料；

步驟二、將所述功能化的填料漿料放入電噴處理裝置，通過收集裝置收集得到直徑可控的填料漿料液滴；

步驟三、將所述直徑可控的填料漿料液滴滴入低溫制冷介質(zhì)，進(jìn)行冷凍處理形成冰凍混合物，并將所述冰凍混合物進(jìn)行冷凍干燥處理，得到氣凝膠球前驅(qū)體；

步驟四、將所述氣凝膠球前驅(qū)體進(jìn)行第一、第二燒結(jié)熱處理，得到氣凝膠球。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述填料選用不與水在常溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的任一種物質(zhì)，選用但不僅限于氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅、石墨烯中的至少一種。只要目標(biāo)填料不與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)且可以在水中分散，就可以基于本發(fā)明方法制備成氣凝膠球。