專(zhuān)利名稱(chēng)：多孔氧化硅/鎳/二氧化鈦核-殼結(jié)構(gòu)電磁響應(yīng)性復(fù)合顆粒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁響應(yīng)性復(fù)合顆粒的制備技術(shù)，特別涉及一種多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合顆粒及其制備方法。
背景技術(shù)：
光子晶體是兩種或者兩種以上的電介質(zhì)材料周期性排列形成的人工晶體，它提供了一種新的控光機(jī)制，因而，被稱(chēng)為“光的半導(dǎo)體”。光子晶體的制備途徑目前主要集中在兩個(gè)方向自上而下的納米加工技術(shù)和自下而上的自組裝技術(shù)。前者不足之處在于成本過(guò)高，并且在制備可見(jiàn)光波段的三維結(jié)構(gòu)材料方面仍具有較大的挑戰(zhàn)。后者雖操作簡(jiǎn)便、成本低廉，但通常需要一周甚至一個(gè)月的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)顆粒自組裝成高質(zhì)量的有序結(jié)構(gòu)。電磁流變液中懸浮的顆粒在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用下，將會(huì)形成類(lèi)似于晶體的bct或fcc結(jié)構(gòu)，該技術(shù)提供了以可控方式在短時(shí)間內(nèi)制備光子晶體的新方法。目前，這種具有電、磁響應(yīng)性復(fù)合粒子的制備是首先在大粒徑的二氧化硅微球上用化學(xué)鍍沉積磁性鎳層，然后利用溶膠凝膠法在顆粒外層包覆PZT或介電材料。但這種方法所制得的微球平均粒徑過(guò)大，達(dá)幾十微米，且復(fù)合顆粒密度較大，易沉降，從而重力場(chǎng)會(huì)影響電磁場(chǎng)誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)演化與控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦核-殼結(jié)構(gòu)的電磁響應(yīng)性復(fù)合顆粒。利用化學(xué)鍍的方法在粒徑適當(dāng)?shù)亩嗫锥趸栉⑶蛏铣练e磁性鎳層，然后包覆高介電常數(shù)、低電導(dǎo)率的二氧化鈦層，形成多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦多層電磁響應(yīng)性復(fù)合顆粒。這樣，以多孔二氧化硅微球代替實(shí)心的二氧化硅微球，將使復(fù)合顆粒的密度大大降低。所形成的多孔無(wú)機(jī)物-無(wú)機(jī)物多層復(fù)合的電磁響應(yīng)性復(fù)合顆粒，其性能穩(wěn)定、密度較低。當(dāng)將一定量的該復(fù)合顆粒分散于于硅油中，對(duì)其施加電場(chǎng)或磁場(chǎng)時(shí)，復(fù)合顆粒排列形成了鏈狀結(jié)構(gòu)，而以垂直方向同時(shí)施加電場(chǎng)或磁場(chǎng)時(shí)，該顆粒排列形成了一種網(wǎng)狀花樣結(jié)構(gòu)，顯示了良好的電磁響應(yīng)性。


圖1鎳沉積多孔二氧化硅微球形成磁性微球的掃描電鏡照片圖2多孔二氧化硅/鎳磁性微球的粒徑分布3多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦復(fù)合顆粒的掃描電鏡照片圖4多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦復(fù)合顆粒的粒徑分布5多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦復(fù)合顆粒在電場(chǎng)作用下的排列圖6多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦復(fù)合顆粒在垂直方向的電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用下的排列具體實(shí)施方式
首先以聚乙二醇(PEG，Wt 4000)和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為模板劑制備多孔二氧化硅微球，然后用化學(xué)鍍的方法在多孔二氧化硅微球上沉積磁性鎳層，形成多孔二氧化硅/鎳磁性微球；最后將一定量所制備的多孔二氧化硅/鎳磁性微球超聲分散于正丁醇-乙醇混合溶液中，調(diào)節(jié)溶液的pH值，將鈦酸正丁酯的正丁醇溶液控制地滴加入該分散液中，室溫反應(yīng)后，離心分離，用無(wú)水乙醇洗滌，干燥，得到淺灰色多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦復(fù)合顆粒。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過(guò)程和復(fù)合顆粒的的性能由實(shí)施例和

實(shí)施例一將2.0g的聚乙二醇和0.2g的十六烷基三甲基溴化銨溶于2mol·l-1的鹽酸溶液中，再加入15.0g去離子水，攪拌下加入5.8g的正硅酸乙酯(TEOS)，然后將該混合液在35℃下恒溫?cái)嚢?0h，再轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯瓶中，在100℃恒溫陳化24h，結(jié)果生成白色的二氧化硅微球，將其離心分離，并用蒸餾水充分洗滌，室溫干燥。干燥后得到的白色二氧化硅微球在600℃煅燒4h，得到多孔二氧化硅微球。
實(shí)施例二將實(shí)施例一制得的多孔二氧化硅微球用0.05～0.3mol·l-1的氯化亞錫(SnCl2)溶液超聲浸泡處理10～40min，洗滌后，再用0.001～0.003mol·l-1的氯化鈀(PdCl2)溶液再處理10～40min，洗滌后，將其轉(zhuǎn)移至化學(xué)鍍液中，其鍍液成分為硫酸鎳0.10～0.20mol·l-1，次亞磷酸鈉0.15～0.30mol·l-1，醋酸銨0.25～0.35mol·l-1，檸檬酸鈉0.045～0.055mol·l-1，醋酸鉛5.0×10-3～8.0×10-3mol·l-1，鍍液的pH值為7.0～8.0，在50℃下反應(yīng)10mn后，即得到黑色的多孔二氧化硅/鎳磁性微球，磁鐵分離后，用蒸餾水充分洗滌，其形態(tài)和粒徑分布如附圖1的掃描電鏡照片和附圖2的粒徑分布圖所示。
實(shí)施例三將0.05～0.5g多孔二氧化硅/鎳磁性微球超聲分散于40～80ml正丁醇-乙醇(10∶1)混合溶液中，加入適量蒸餾水并調(diào)節(jié)其pH值為2～5左右，控制滴加速度，將一定濃度的鈦酸正丁酯的正丁醇溶液滴入上述分散液中，室溫反應(yīng)5小時(shí)左右，離心分離，用無(wú)水乙醇洗滌，干燥，得到淺灰色多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦復(fù)合顆粒；其形態(tài)和粒徑分布如附圖3的掃描電鏡照片和附圖4的粒徑分布圖所示。
實(shí)施例四將制得的多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦電磁響應(yīng)性復(fù)合微粒分散于硅油中，超聲分散均勻后，置于10mm×5mm×5mm的樣品池中，對(duì)其施加電場(chǎng)或磁場(chǎng)，并通過(guò)生物顯微鏡觀察顆粒的運(yùn)動(dòng)變化。當(dāng)沒(méi)有外界場(chǎng)存在時(shí)，顆粒成隨機(jī)分散狀態(tài)；當(dāng)施加大小為0.6kV/mm的電場(chǎng)時(shí)，觀察到其中的粒子排成如附圖5所示的鏈狀結(jié)構(gòu)，并且形成的鏈狀結(jié)構(gòu)還可通過(guò)電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)調(diào)節(jié)。同樣，當(dāng)施加磁場(chǎng)時(shí)，粒子也形成類(lèi)似附圖5所示的結(jié)構(gòu)；當(dāng)同時(shí)以垂直方向施加電場(chǎng)與磁場(chǎng)時(shí)，復(fù)合顆粒排列成如附圖6所示的網(wǎng)狀花樣結(jié)構(gòu)，這說(shuō)明所制得的鎳/聚苯乙烯/二氧化鈦(Ni/PSt/TiO2)復(fù)合微粒對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的響應(yīng)性良好。
權(quán)利要求
1.一種多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦核-殼結(jié)構(gòu)的電磁響應(yīng)性復(fù)合顆粒，其主要特征是該復(fù)合顆粒是在多孔二氧化硅上沉積鎳，形成多孔二氧化硅/鎳磁性微球，外層包覆二氧化鈦形成的核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒。
2.如權(quán)利要求1所述的多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒，其特征是復(fù)合顆粒中的多孔二氧化硅微球是以十六烷基三甲基溴化銨陽(yáng)離子表面活性劑和聚乙二醇非離子表面活性劑為模板劑制備的多孔二氧化硅微球。
3.如權(quán)利要求1所述的多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒，其特征是復(fù)合顆粒中的鎳層是采用化學(xué)鍍的方法沉積在多孔二氧化硅微球上，其鍍液成分為硫酸鎳0.10～0.20mol·l-1，次亞磷酸鈉0.15～0.30mol·l-1，醋酸銨0.25～0.35mol·l-1，檸檬酸鈉0.045～0.055mol·l-1，醋酸鉛5.0×10-3～8.0×10-3mol.l-1，鍍液的pH值為7.0～8.0。
4.如權(quán)利要求1所述的多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒，其特征是復(fù)合顆粒中的二氧化鈦是采用前驅(qū)體在乙醇-正丁醇中水解形成的。
5.如權(quán)利要求1所述的多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒的制備方法，其特征是制備過(guò)程如下首先以1.0～5.0g聚乙二醇和0.1～0.4g十六烷基三甲基溴化銨為模板劑，以正硅酸乙酯為前驅(qū)體水解形成二氧化硅微球，經(jīng)煅燒得到多孔二氧化硅微球；將一定量的多孔二氧化硅微球分別用0.05～0.3mol·l-1的氯化亞錫和0.001～0.003mol·l-1的氯化鈀溶液預(yù)處理10～40min，洗滌后，轉(zhuǎn)移至化學(xué)鍍液中，其鍍液成分如權(quán)利要求3所述，在30～50℃下反應(yīng)5～20min，磁鐵吸引分離，并充分洗滌，得到多孔二氧化硅/鎳磁性微球；然后將一定量所制備的多孔二氧化硅/鎳磁性微球超聲分散于正丁醇-乙醇混合溶液中，調(diào)節(jié)溶液的pH值為1～4，將鈦酸正丁酯的正丁醇溶液控制地滴加入該分散液中，室溫反應(yīng)后，離心分離，用無(wú)水乙醇洗滌，干燥，得到多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦復(fù)合顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電磁響應(yīng)性復(fù)合顆粒的制備技術(shù)，特別涉及一種多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦核－殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合顆粒及其制備方法。與以往的復(fù)合顆粒相比，本發(fā)明的多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦核－殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合顆粒是用化學(xué)鍍的方法在該多孔二氧化硅微球上沉積鎳層，然后包覆二氧化鈦，所形成的多孔二氧化硅/鎳/二氧化鈦核－殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合顆粒性能穩(wěn)定、密度較低，

了所制備的復(fù)合顆粒的掃描電鏡照片。該復(fù)合顆粒的排列行為可通過(guò)外界電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)節(jié)，顯示了良好的電磁響應(yīng)性，該復(fù)合顆粒的制備為研究電磁場(chǎng)作用下顆粒的運(yùn)動(dòng)行為以及用電磁流變技術(shù)制備光子晶體提供基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G02F1/01GK1542498SQ0310800
公開(kāi)日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2003年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者趙曉鵬, 郭紅霞 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)