一种纳米金颗粒泡沫包覆聚苯乙烯微球的自组装方法技术

技术编号:20168147 阅读:42 留言:0更新日期:2019-01-22 20:40
本发明专利技术属于微纳复合材料领域,更具体地,涉及一种纳米金颗粒泡沫包覆聚苯乙烯微球的自组装方法。通过对聚苯乙烯微球乳液进行改性,使得该微球表面带有电荷,然后与纳米金浓缩液混合,使得纳米金粒子通过静电吸附作用吸附在聚苯乙烯微球表面,多次重复包覆,直至纳米金颗粒最终以泡沫状形式包覆在聚苯乙烯微球表面,获得以聚苯乙烯微球为核,以纳米金颗粒泡沫为壳的微纳核壳结构复合材料,由于壳层结构为泡沫状,其壳层孔隙率和体表面积较大,由此解决现有技术采用微球核表面通过金种子生长得到的壳层孔隙率低和体表面积较小的技术问题。

Self assembly method of gold nanoparticle foam coated polystyrene microspheres

The invention belongs to the field of micro nano composite materials, and more specifically relates to a self assembling method of nano gold particles foam coated polystyrene microspheres. By modifying the polystyrene microspheres emulsion, the surface of the microspheres was charged with gold nanoparticles and then mixed with gold nanoparticles. The nanoparticles adsorbed on the surface of polystyrene microspheres by electrostatic adsorption and repeatedly coated until nano gold particles were finally coated on the surface of polystyrene microspheres in the form of foam. Due to the shell structure is foamed, its shell porosity and surface area are large. Therefore, it is possible to solve the technical problems of low porosity and small surface area obtained from the growth of microspheres through gold seeds.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米金颗粒泡沫包覆聚苯乙烯微球的自组装方法
本专利技术属于微纳复合材料领域,更具体地,涉及一种纳米金颗粒泡沫包覆聚苯乙烯微球的自组装方法。
技术介绍
微纳核壳复合材料作为一种新型材料,在力学、电学以及能量吸收方面都有着较好的表现,具有吸收和转换电磁波等特性,可广泛应用于脉冲电源、电磁波屏蔽罩等。由于金属纳米粒子存放时间越久稳定性越差,所以把颗粒长到具有不同活性基底的表面,就可以解决这些问题,同时还能保留颗粒本身的性质。现有技术的纳米金核壳结构的生长采用种子生长法制备得到,但是采用种子生长法利用“种子”逐渐形成金属大颗粒,最终生长为致密的金壳层。这种方法生长的金壳层,存在比表面积太小,且纳米金颗粒分布不均匀的缺陷,且随着纳米金逐渐生长为大颗粒,其颗粒本身的纳米性质也会随之改变。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本专利技术提供了一种纳米金颗粒泡沫包覆聚苯乙烯微球的自组装方法,其目的在于通过对聚苯乙烯微球乳液进行改性,使得该微球表面带有电荷,然后与纳米金浓缩液混合,使得纳米金粒子通过静电吸附作用吸附在聚苯乙烯微球表面,多次重复包覆,直至纳米金颗粒最终以泡沫状形式包覆在聚苯乙烯微球表面,获得以聚苯乙烯微球为核,以纳米金颗粒泡沫为壳的微纳核壳结构复合材料,由于形成的是泡沫状壳结构,其壳层孔隙率和体表面积较大,由此解决现有技术采用微球核表面通过金种子生长得到的壳层孔隙率低和体表面积较小的技术问题。为实现上述目的,按照本专利技术的一个方面,提供了一种纳米金颗粒泡沫包覆聚苯乙烯微球的自组装方法,包括如下步骤:(1)对聚苯乙烯微球乳液进行改性,使得其表面带有电荷,获得改性的聚苯乙烯微球乳液;(2)将纳米金颗粒浓缩液与所述改性的聚苯乙烯微球乳液混合,使纳米金颗粒通过静电作用附着在所述聚苯乙烯微球表面,得到纳米金颗粒部分包覆的聚苯乙烯微球;(3)对获得的纳米金颗粒部分包覆的聚苯乙烯微球进行改性,使得其表面带有电荷,获得改性的纳米金颗粒部分包覆的聚苯乙烯微球乳液;(4)将所述改性的纳米金颗粒部分包覆的聚苯乙烯微球乳液与纳米金颗粒浓缩液混合,使纳米金颗粒进一步通过静电作用附着在所述聚苯乙烯微球表面,得到纳米金颗粒部分包覆的聚苯乙烯微球;(5)重复执行步骤(3)和步骤(4),直至所述纳米金颗粒通过静电作用以泡沫状形式包覆在所述聚苯乙烯微球表面,形成所述纳米金颗粒泡沫包覆的聚苯乙烯微球。优选地,所述纳米金颗粒浓缩液中纳米金颗粒的粒径范围为5-15nm,纳米金颗粒浓缩液中金离子的浓度大于1.9mg/mL。优选地,所述聚苯乙烯微球乳液中聚苯乙烯微球的浓度大于0.02g/ml,所述聚苯乙烯微球的粒径范围为2-10μm。优选地,所述聚苯乙烯微球乳液按照如下方法制备得到:以乙醇作为反应溶剂,以苯乙烯作为单体;取聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂溶解于乙醇中,取偶氮二异丁腈作为引发剂溶解于苯乙烯中,将其混合后搅拌20小时以上,获得所述聚苯乙烯微球乳液。优选地,通过加入改性剂对所述聚苯乙烯微球乳液进行改性,所述改性剂为聚乙烯亚胺的水溶液或聚乙烯吡咯烷酮的水溶液;其中总表面积为1.14×106cm2的所述聚苯乙烯微球所需该改性剂至少为0.01g。优选地,步骤(2)和步骤(4)所述混合时,所述纳米金浓缩液过量,所述聚苯乙烯微球乳液与所述纳米金浓缩液的体积比为小于或等于1:20。优选地,步骤(2)和步骤(4)所述混合后,还包括清洗步骤和固液分离步骤,所述清洗步骤用以清洗去除未反应的改性剂和过量的纳米金浓缩液;所述固液分离步骤中获得的固相即为所述纳米金颗粒部分包覆的聚苯乙烯微球。总体而言,通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:本专利技术提供了一种纳米金颗粒泡沫包覆聚苯乙烯微球的自组装方法,制备一定浓度的纳米金浓缩液,将其与经过表面修饰改性的聚苯乙烯微球乳液混合,纳米金颗粒通过静电作用自组装在改性的聚苯乙烯微球表面。进一步,重复上述改性与自组装,即可获得纳米金泡沫包覆的聚苯乙烯微球。本专利技术通过自组装技术实现了泡沫状纳米金颗粒在聚苯乙烯微球表面的包覆,得到了一种新的核壳结构复合材料。相对于种子生长法获得的纳米金核壳结构,改进了核表面纳米金的分布形式,并保留了纳米金颗粒本身的性质。本专利技术采用改进的无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯微球作为内核材料,改性聚苯乙烯微球;采用纳米金颗粒包履聚苯乙烯微球,制备聚苯乙烯微球金颗粒种子混合溶液,更进一步,由纳米金颗粒自组装形成金颗粒自组装形成泡沫壳层包履的聚苯乙烯微球的混合溶液。本专利技术中金泡沫壳层中金颗粒的粒径均匀,泡沫孔径、壳层结构和厚度可调节,比表面积大。附图说明图1为本专利技术的纳米金颗粒泡沫包履聚苯乙烯微球核壳结构制备方法流程图。图2为本专利技术实施例1的纳米金颗粒透射电子显微镜图。图3为本专利技术实施例1的聚苯乙烯微球扫描电子显微镜图。图4为本专利技术实施例1制得的纳米金颗粒二次包覆2μm的聚苯乙烯微球扫描电子显微镜图。图5为为本专利技术实施例1制得的纳米金颗粒五次包覆5μm的聚苯乙烯微球扫描电子显微镜图。图6为本专利技术对比例1的纳米金颗粒包履聚苯乙烯微球核壳结构扫描电子显微镜图像。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。此外,下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种纳米金颗粒泡沫包覆聚苯乙烯微球的自组装方法,包括如下步骤:(1)对聚苯乙烯微球乳液进行改性,使得其表面带有电荷,获得改性的聚苯乙烯微球乳液。理论上聚苯乙烯微球乳液的浓度范围可以较宽,从提高制备效率的角度,聚苯乙烯微球乳液中聚苯乙烯微球的浓度优选大于0.02g/ml,聚苯乙烯微球的粒径范围为2-10μm。本专利技术采用的聚苯乙烯微球乳液的制备方法可以采用现有技术常用的制备方法,比如分散聚合法、悬浮聚合法或种子聚合法,其中,为了不添加乳化剂,制备微米粒径的聚苯乙烯微球,优选的制备方法为无皂乳液聚合法,具体为:选用乙醇作为反应溶剂,苯乙烯作为单体;取聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂溶解于乙醇中,取偶氮二异丁腈作为引发剂溶解于苯乙烯中,将其混合后搅拌20小时以上,获得聚苯乙烯微球乳液,控制各试剂在合适的浓度范围内,确保得到的聚苯乙烯微球乳液中聚苯乙烯微球的浓度和聚苯乙烯微球的粒径范围符合上述要求。采用该制备方法得到的聚苯乙烯微球乳液中聚苯乙烯微球的密度为1.05g/mL。(2)将纳米金颗粒浓缩液与所述改性的聚苯乙烯微球乳液混合,使纳米金颗粒通过静电作用附着在所述聚苯乙烯微球表面,得到纳米金颗粒包覆的聚苯乙烯微球。本专利技术采用的纳米金颗粒浓缩液要求其中含有一定浓度的纳米金粒子,其也可以按照现有技术的常规制备方法获得,比如机械球磨法、电化学法或液相还原法。一些实施例中,本专利技术纳米金颗粒浓缩液的制备方法为:分别制备第一混合溶液和第二混合溶液,其中第一混合溶液为去离子水与质量分数体积比为1%的四氯金酸溶液按照体积比例大于等于79:1混合后得到;第二混合溶液为质量分数为1%的柠檬酸钠溶液、质量分数为1%的四氯金酸溶液、0.1mol/L碳酸钾与质量分数1%为单宁酸溶液按照体积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米金颗粒泡沫包覆聚苯乙烯微球的自组装方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)对聚苯乙烯微球乳液进行改性,使得其表面带有电荷,获得改性的聚苯乙烯微球乳液;(2)将纳米金颗粒浓缩液与所述改性的聚苯乙烯微球乳液混合,使纳米金颗粒通过静电作用附着在所述聚苯乙烯微球表面,得到纳米金颗粒部分包覆的聚苯乙烯微球;(3)对获得的纳米金颗粒部分包覆的聚苯乙烯微球进行改性,使得其表面带有电荷,获得改性的纳米金颗粒部分包覆的聚苯乙烯微球乳液;(4)将所述改性的纳米金颗粒部分包覆的聚苯乙烯微球乳液与纳米金颗粒浓缩液混合,使纳米金颗粒进一步通过静电作用附着在所述聚苯乙烯微球表面,得到纳米金颗粒部分包覆的聚苯乙烯微球;(5)重复执行步骤(3)和步骤(4),直至所述纳米金颗粒通过静电作用以泡沫状形式包覆在所述聚苯乙烯微球表面,形成所述纳米金颗粒泡沫包覆的聚苯乙烯微球。

【技术特征摘要】
1.一种纳米金颗粒泡沫包覆聚苯乙烯微球的自组装方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)对聚苯乙烯微球乳液进行改性,使得其表面带有电荷,获得改性的聚苯乙烯微球乳液;(2)将纳米金颗粒浓缩液与所述改性的聚苯乙烯微球乳液混合,使纳米金颗粒通过静电作用附着在所述聚苯乙烯微球表面,得到纳米金颗粒部分包覆的聚苯乙烯微球;(3)对获得的纳米金颗粒部分包覆的聚苯乙烯微球进行改性,使得其表面带有电荷,获得改性的纳米金颗粒部分包覆的聚苯乙烯微球乳液;(4)将所述改性的纳米金颗粒部分包覆的聚苯乙烯微球乳液与纳米金颗粒浓缩液混合,使纳米金颗粒进一步通过静电作用附着在所述聚苯乙烯微球表面,得到纳米金颗粒部分包覆的聚苯乙烯微球;(5)重复执行步骤(3)和步骤(4),直至所述纳米金颗粒通过静电作用以泡沫状形式包覆在所述聚苯乙烯微球表面,形成所述纳米金颗粒泡沫包覆的聚苯乙烯微球。2.如权利要求1所述的自组装方法,其特征在于,所述纳米金颗粒浓缩液中纳米金颗粒的粒径范围为5-15nm,纳米金颗粒浓缩液中金离子的浓度大于1.9mg/mL。3.如权利要求1所述的自组装方法,其特征在于,所述聚苯乙烯微球乳液中聚...

【专利技术属性】
技术研发人员:董烁刘飒飒易林成乐笑黎诗剑
申请(专利权)人:华中科技大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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