專利名稱：納米銀殼/單分散二氧化硅復(fù)合顆粒材料及其制法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能復(fù)合材料及制備方法領(lǐng)域，特別涉及一種納米金屬殼/二氧化硅核的復(fù)合顆粒材料及其制備方法和用途，涉及解決納米金屬殼/二氧化硅核的復(fù)合顆粒所形成的納微粉體團(tuán)聚的方法。
背景技術(shù)：
納米二氧化硅密度低、比表面積大、導(dǎo)熱系數(shù)小，是一種很好的輕質(zhì)、隔熱、隔聲材料。納米金屬包覆復(fù)合材料由于具有結(jié)構(gòu)多樣化、成份和性能可調(diào)，易加工復(fù)合等特點(diǎn)，可作為性能優(yōu)良的新型表面等離子體振子材料催化劑、非線性光學(xué)材料、光致變色材料、光存儲(chǔ)材料、固態(tài)傳感器材料、汽車金屬顏料、硅酸鹽顏料等。納米金屬包覆層厚度及單分散二氧化硅顆粒的大小對(duì)表面等離子體振子材料性能有著顯著的影響，在二氧化硅表面包覆金或銀等金屬，來設(shè)計(jì)表面等離子體振子復(fù)合材料，如用具有磁性單分散球形四氧化三鐵顆粒等，能為新材料的開發(fā)研究提供了一個(gè)新穎的、廣闊復(fù)合調(diào)變空間。
在溶液中進(jìn)行在二氧化硅表面包覆金、銀、氧化鋅、氧化鋯、二氧化鈦及硫化鋅、硫化鎘制備復(fù)合顆粒已有許多報(bào)道，但至今還未見采用物理化學(xué)方法中的固態(tài)反應(yīng)途徑在單分散二氧化硅表面包覆納米銀的工業(yè)化制備復(fù)合顆粒，并解決納米金屬殼/單分散二氧化硅核的復(fù)合顆粒所造成的納微級(jí)粉體團(tuán)聚問題。
利用界面種子法、化學(xué)沉淀法、化學(xué)氧化還原法、層層組裝法、超聲合成法、反膠束法等在二氧化硅表面包覆金屬，其缺陷在于膠體顆粒表面帶有電荷而無法控制包覆層厚度，參見Langmuir 2000，16，2731，或在于還原劑和界面活化種子等的使用而帶來雜質(zhì)，參見Apply.Phys.letter.1999.75，2897，或在于層層組裝法中過多的重復(fù)操作從而制備過程無法工業(yè)化，參見Chemistry Letters Vol.32，No.8(2003)和J.Phys.Chem.B Vol.107.No.45，(2003)，在于在超聲合成法中的設(shè)備難以工業(yè)化，參見Langmuir 2002，18，3352-3357(2002)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是調(diào)變表面等離子體振子復(fù)合材料性能，利用納米銀包覆單分散納米二氧化硅顆粒，包覆層厚度可一次控制完成，提供一種納米銀殼/單分散二氧化硅復(fù)合顆粒材料；以克服現(xiàn)有方法制備出的復(fù)合顆粒材料的膠體顆粒表面帶有電荷而無法控制包覆層厚度，還原劑和界面活化種子等的使用而帶來雜質(zhì)等缺陷。
本發(fā)明的另一目的是提出一種采用化學(xué)熱分解法在反應(yīng)過程中將銀納米晶復(fù)合組裝在球形的納米二氧化硅顆粒表面上，經(jīng)過惰性溶劑熱裁剪形成一種納米銀殼/單分散二氧化硅球形狀的復(fù)合顆粒材料，從而能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的再一目的是提供一種納米金屬/二氧化硅復(fù)合顆粒材料的物理化學(xué)裁剪修飾法，該法適用于納米金屬殼在單分散的球形納米顆粒上的形成，該方法利用溶劑的毛細(xì)管凝聚趨勢(shì)，并用熱驅(qū)動(dòng)和電磁攪拌使溶劑滲入納米金屬晶/單分散二氧化硅復(fù)合顆粒所形成的粉體孔穴，使金屬納米晶熔化成殼，消除團(tuán)聚。
本發(fā)明還一目的是提供納米銀殼/單分散二氧化硅復(fù)合顆粒材料的用途。
本發(fā)明的納米銀殼/單分散二氧化硅復(fù)合顆粒材料為球形殼/核結(jié)構(gòu)的復(fù)合顆粒材料，所述的被包覆基材料為球形單分散納米二氧化硅，所述的殼包覆物質(zhì)為銀納米晶；所述的均勻包覆層大約為5～90納米厚。
所述的納米二氧化硅顆粒的粒徑為60至800納米。
所述的納米銀殼/單分散二氧化硅復(fù)合顆粒材料是銀納米晶復(fù)合組裝在球形的納米二氧化硅顆粒表面上，形成一種球/殼形狀的復(fù)合顆粒材料，其中復(fù)合顆粒材料中銀納米晶與納米二氧化硅的重量比例可在1～5范圍內(nèi)，優(yōu)選要根椐二氧化硅顆粒大小調(diào)整。
本發(fā)明的納米銀殼/單分散二氧化硅復(fù)合顆粒材料的制備方法包括以下步驟
(1)將單分散的納米二氧化硅顆粒與氧化銀或硝酸銀混合置于行星研磨器中進(jìn)行研磨數(shù)小時(shí)；納米二氧化硅顆粒與氧化銀或硝酸銀重量比例可在1～5范圍內(nèi)，優(yōu)選要根椐二氧化硅顆粒大小調(diào)整；(2)將步驟(1)研磨后的混合物放置于電爐中加熱，處理溫度在340℃至460℃之間，保溫?cái)?shù)小時(shí)至數(shù)天后，優(yōu)選在24小時(shí)，冷卻至室溫；(3)將步驟(2)的生成物放置于高壓釜中，加入高黏度的、高沸點(diǎn)的惰性液體溶劑，攪拌，其中懸浮液的重量百分比濃度為0.01％～10％；優(yōu)選在0.01％～0.5％，密封；在60～290℃范圍內(nèi)陳化，優(yōu)選要根據(jù)銀納米殼厚度不同，在特定的溫度下加熱并均速攪拌，保持?jǐn)?shù)小時(shí)或數(shù)天；(4)離心分離步驟(3)的生成物，用乙醇溶劑多次洗滌、分離，干燥后得到銀納米晶復(fù)合組裝在球形的納米二氧化硅顆粒表面上的復(fù)合顆粒材料。
所述的高黏度的、高沸點(diǎn)的惰性液體溶劑是烷烴類如石蠟油，或多元醇類如甘油、乙二醇。
所述的步驟(3)滴加惰性溶劑后，使高壓釜內(nèi)無空氣泡存在。
所述的密封材料為聚四氟乙烯材料。
本發(fā)明的物理化學(xué)溶劑熱裁剪方法，還可應(yīng)用于其它殼/核結(jié)構(gòu)的顆粒材料的制備，如以金屬鎳、鐵為納米金屬殼，以三氧化二鋁、二氧化鈦、三氧化二鐵、四氧化三鐵單分散球形顆粒為核。
本發(fā)明采用化學(xué)熱分解法在反應(yīng)過程中可將生成的銀納米晶復(fù)合組裝在單分散二氧化硅顆粒表面上，形成大約5～80納米厚的銀均勻包覆層。本發(fā)明的納米銀殼/單分散復(fù)合顆粒材料制備方法簡(jiǎn)便，成本低，產(chǎn)品純度高；由于本發(fā)明采用物理化學(xué)方法中的固態(tài)反應(yīng)途徑使工業(yè)化生產(chǎn)易于進(jìn)行。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于通過納米銀包覆二氧化硅，將二氧化硅和銀的特性復(fù)合在一起，使材料具有質(zhì)輕、非線性光學(xué)、低輻射率的功能化特征，可應(yīng)用于汽車催化劑活性成分、非線性光學(xué)材料的變波長(zhǎng)微粒、表面等離子體振子材料的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)微粒、光致變色材料的發(fā)光體、光存儲(chǔ)材料的存儲(chǔ)介質(zhì)、傳感器的增感納米顆粒、汽車金屬顏料的調(diào)色顏料、陶瓷用硅酸鹽顏料等。


圖1A.本發(fā)明實(shí)施例1銀殼層厚約為14至19納米復(fù)合顆粒電鏡圖。
圖1B.本發(fā)明實(shí)施例2銀殼層厚約為60至85納米復(fù)合顆粒電鏡圖。
圖2.本發(fā)明實(shí)施例1的銀殼/二氧化硅復(fù)合顆粒的XRD圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1(1)將3.5克的250納米單分散的二氧化硅顆粒與4.0克的氧化銀混合置于行星研磨器中，進(jìn)行研磨數(shù)小時(shí)；(2)研磨后的混合物放置于電爐中加熱，處理溫度在340℃，保溫一天后，冷卻至室溫；(3)使生成物放置于高壓釜中，加入高黏度的、高沸點(diǎn)的惰性液體溶劑石蠟油和電磁攪拌子，懸浮液的重量百分比濃度為0.1％，密封；在130℃下加熱并攪拌，保持?jǐn)?shù)小時(shí)或數(shù)天；(4)離心分離，用乙醇溶劑多次洗滌、分離，干燥后得到銀納米晶復(fù)合組裝在球形的納米二氧化硅顆粒表面上的黃色表面等離子體振子材料的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)微粒，層厚約為14至19納米。
實(shí)施例2(1)將5.25克的250納米單分散的二氧化硅顆粒與4.0克的氧化銀混合置于行星研磨器中，進(jìn)行研磨數(shù)小時(shí)；(2)研磨后的混合物放置于電爐中加熱，處理溫度在360℃，保溫一天后，冷卻至室溫；(3)使生成物放置于高壓釜中，加入高黏度的、高沸點(diǎn)的惰性液體溶劑石蠟油和電磁攪拌子，懸浮液的重量百分比濃度為0.01％，密封；在120℃下加熱并攪拌，保持?jǐn)?shù)小時(shí)或數(shù)天；(4)離心分離，用乙醇溶劑多次洗滌、分離，干燥后得到銀納米晶復(fù)合組裝在球形的納米二氧化硅顆粒表面上的淺黃色表面等離子體振子材料的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)微粒，層厚約為60至85納米。
實(shí)施例3(1)將3.5克的400納米二氧化硅顆粒與4.0克的氧化銀混合置于行星研磨器中，進(jìn)行研磨數(shù)小時(shí)；(2)研磨后的混合物放置于電爐中加熱，處理溫度在380℃，保溫?cái)?shù)小時(shí)至數(shù)天后，冷卻至室溫；(3)使生成物放置于高壓釜中，加入高黏度的、高沸點(diǎn)的惰性液體溶劑甘油和電磁攪拌子，懸浮液的重量百分比濃度為3％，密封；在120℃下加熱并攪拌，保持?jǐn)?shù)小時(shí)或數(shù)天；(4)離心分離，用乙醇溶劑多次洗滌、分離，干燥后得到銀納米晶復(fù)合組裝在球形的納米二氧化硅顆粒表面上的淺黃色表面等離子振子材料的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)微粒，層厚約為12至16納米。
權(quán)利要求
1.一種納米銀殼/單分散二氧化硅復(fù)合顆粒材料，其特征是所述的材料為球形殼/核結(jié)構(gòu)的復(fù)合顆粒材料，所述的被包覆基材球?yàn)榍蛐螁畏稚⒌募{米二氧化硅，所述的殼包覆物質(zhì)為銀納米晶；所述的均勻包覆層為5～90納米厚；所述的納米二氧化硅顆粒的粒徑為60至800納米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征是所述的復(fù)合顆粒材料中銀納米晶與納米二氧化硅的重量比例為1～5。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1～2任一項(xiàng)所述的納米銀殼/單分散二氧化硅復(fù)合顆粒材料的制備方法，其特征是所述的方法包括以下步驟(1)將單分散的納米二氧化硅顆粒與氧化銀或硝酸銀混合置于研磨器中進(jìn)行研磨，其中，單分散的納米二氧化硅顆粒與氧化銀或硝酸銀重量比為1～5；(2)將步驟(1)研磨后的混合物放置于爐中加熱，處理溫度范圍在340℃至460℃；(3)將步驟(2)的生成物放置于高壓釜中，加入惰性溶劑，攪拌，其中懸浮液的重量百分比濃度為0.01％～10％，密封；在60～290℃范圍內(nèi)陳化；(4)離心分離步驟(3)的生成物，用乙醇溶劑洗滌、分離，干燥后得到銀納米晶復(fù)合組裝在球形的單分散納米二氧化硅顆粒表面上的復(fù)合顆粒材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的步驟(3)滴加惰性溶劑后，使高壓釜內(nèi)無空氣泡存在。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征是所述的溶劑是石蠟油、甘油或乙二醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的納米晶復(fù)合組裝在球形的單分散納米二氧化硅顆粒表面上的層厚為5～90納米。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的納米二氧化硅顆粒的粒徑為60至800納米。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是密封材料為聚四氟乙烯材料。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1～2所述的納米銀殼/單分散二氧化硅復(fù)合顆粒材料的用途，其特征是所述的材料應(yīng)用于汽車催化劑活性成分、非線性光學(xué)材料的變波長(zhǎng)微粒、表面等離子體振子材料的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)微粒、光致變色材料的發(fā)光體、光存儲(chǔ)材料的存儲(chǔ)介質(zhì)、傳感器的增感納米顆粒、汽車金屬顏料的調(diào)色顏料、陶瓷用硅酸鹽顏料。
全文摘要
本發(fā)明屬于功能復(fù)合材料及制備方法領(lǐng)域，特別涉及一種納米金屬殼/二氧化硅核的復(fù)合顆粒材料及其制備方法和用途，涉及解決納米金屬殼/二氧化硅核的復(fù)合顆粒所形成的納微粉體團(tuán)聚的方法。采用熱分解法在反應(yīng)過程中將生成的銀納米殼復(fù)合組裝在球形的納米二氧化硅顆粒表面上，形成一種球/殼形狀的復(fù)合顆粒材料。通過納米銀包覆二氧化硅，將二氧化硅和銀的特性復(fù)合在一起，使材料具有質(zhì)輕、非線性光學(xué)、低輻射率的功能化特征，可應(yīng)用于汽車催化劑活性成分、非線性光學(xué)材料的變波長(zhǎng)微粒、表面等離子體振子材料的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)微粒、光致變色材料的發(fā)光體、光存儲(chǔ)材料的存儲(chǔ)介質(zhì)、傳感器的增感納米顆粒、汽車金屬顏料的調(diào)色顏料、陶瓷用硅酸鹽顏料等。
文檔編號(hào)C04B41/45GK1715240SQ20041000927
公開日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2004年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月28日
發(fā)明者唐芳瓊, 陳淵, 曹靜 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所