核壳结构材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种核壳结构材料及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：提供硅溶胶水溶液；在所述硅溶胶水溶液中加入纳米材料形成混合液，所述混合液中所述纳米材料为固体；将所述混合液采用喷雾干燥器进行喷雾干燥，其中，所述喷雾干燥器的干燥室的气体的温度为150℃～500℃，在所述喷雾干燥的过程中，所述混合液先经喷雾雾化，而形成雾滴，然后雾滴与所述气体接触而使水分蒸发，得到以纳米材料为内核，二氧化硅为外壳的核壳结构材料。本发明专利技术能够实现核壳结构材料规模化和连续化的制备，且制备的核壳结构材料的内核和外壳结合力强。

Core-shell structural materials and their preparation methods

The invention relates to a core-shell structural material and a preparation method thereof. The preparation method comprises the following steps: providing a silica gel solution; adding nano materials into the silica sol solution to form a mixing liquid; the nano material in the mixing liquid is solid; and the mixture is sprayed and dried by spray dryer, wherein the temperature of the gas in the drying chamber of the spray dryer is heated. In the spray drying process, the mixture is first atomized by spray to form droplets, and then droplets are contacted with the gas to evaporate the water. The core shell structure material with nano material as the core and silica as the shell is obtained by the evaporation of the 150 droplets. The invention can realize large-scale and continuous preparation of core-shell structural materials, and the prepared core-shell structural materials have strong binding force between the core and the shell.

【技术实现步骤摘要】
核壳结构材料及其制备方法
本专利技术涉及纳米材料
，特别是涉及核壳结构材料及其制备方法。
技术介绍
核壳结构材料是一种新型纳米尺度的复合材料，它是由一种纳米材料通过化学键或其他作用力将另一种纳米材料包覆起来，形成纳米尺度有序组装结构的材料。形成核壳结构的材料可以改变内核纳米粒子表面电荷、官能团和反应特性，提高内核的稳定性与分散性。也可以通过掺杂、表面等离子体共振等技术增强核壳微粒的发光，满足其在荧光标记等方面的应用。核壳结构材料整合了内外两种材料的性质，并互相弥补各自的不足，使得材料的综合性能得到有力的提升，这使得它在催化、光催化、电池、气体存储与分离方面有着广泛的应用前景。但是，目前缺乏规模化与连续化的核壳结构材料的制备方法。
技术实现思路
基于此，有必要针对核壳结构材料无法规模化和连续化制备问题，提供一种核壳结构材料及其制备方法，该制备方法能够实现核壳结构材料规模化和连续化的制备，且制备的核壳结构材料的内核与外壳之间的结合力强。一种核壳结构材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：提供硅溶胶水溶液；在所述硅溶胶水溶液中加入纳米材料形成混合液，所述混合液中所述纳米材料为固体；将所述混合液采用喷雾干燥器进行喷雾干燥，其中，所述喷雾干燥器的干燥室的气体的温度为150℃～500℃，在所述喷雾干燥的过程中，所述混合液先经喷雾雾化，而形成雾滴，然后雾滴与所述气体接触而使水分蒸发，得到以纳米材料为内核，二氧化硅为外壳的核壳结构材料。在其中一个实施例中，所述硅溶胶水溶液中硅溶胶的粒径为5nm～100nm。在其中一个实施例中，所述纳米材料为零维纳米材料、一维纳米材料中的至少一种。在其中一个实施例中，所述混合液中硅溶胶的质量分数为1％～10％。在其中一个实施例中，所述混合液中硅溶胶与所述纳米材料的质量比为1:10～10:1。在其中一个实施例中，进一步，多个所述核壳结构材料还相互结合而形成球形物。一种核壳结构材料，所述核壳结构材料包括外壳和内核，所述内核的材料为纳米材料，所述外壳的材料为二氧化硅。在其中一个实施例中，所述纳米材料与所述二氧化硅的质量比为1:10～10:1。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术核壳结构材料的制备方法中，将硅溶胶水溶液与纳米材料的混合液采用喷雾干燥器进行喷雾干燥，混合液中的硅溶胶(mSiO2·nH2O)中含有大量的水及羟基，而喷雾干燥器的干燥室的气体的温度为150℃～500℃。因此，混合液喷雾雾化后的雾滴在干燥室经过与气体接触而被加热至110℃及以上温度时，雾滴中的硅溶胶的自由水会完全失去；当温度继续升至150℃～220℃时，雾滴中的硅溶胶的物理吸附水也会脱附；在温度继续升至400℃～500℃时，硅溶胶的硅醇间进行缩聚失水，即失去化学吸附水，最终，硅溶胶转变为SiO2，而牢固的包覆在纳米材料的表面，得到核壳结构材料。另外，由于硅溶胶为胶体溶液，因而可以与纳米材料均匀混合，进而得到的核壳结构材料大小较为均一。该制备方法可实现以SiO2为外壳的核壳结构材料的规模化和连续化制备。所述核壳结构材料具有以下优点：由于硅溶胶有很强的粘结性与附着性，在喷雾干燥的过程中，可以牢固结合纳米材料，因此，得到的核壳结构材料中外壳与内核的结合力较好，在后续的应用中具有良好的稳定性。附图说明图1实施例1制备的ZnO/SiO2核壳结构材料的扫描电镜照片；图2实施例2制备的CdS/SiO2核壳结构材料的扫描电镜照片。具体实施方式以下将对本专利技术提供的核壳结构材料及其制备方法作进一步说明。本专利技术提供的核壳结构材料的制备方法包括以下步骤：S1、提供硅溶胶水溶液；S2、在所述硅溶胶水溶液中加入纳米材料形成混合液，所述混合液中所述纳米材料为固体；S3、将所述混合液采用喷雾干燥器进行喷雾干燥，其中，所述喷雾干燥器的干燥室的气体的温度为150℃～500℃，在所述喷雾干燥的过程中，所述混合液先经喷雾雾化，而形成雾滴，然后雾滴与所述气体接触而使水分蒸发，得到以纳米材料为内核，二氧化硅为外壳的核壳结构材料。在步骤S1中，硅溶胶的化学式为mSiO2·nH2O，是纳米级SiO2纳米颗粒在水中或溶剂中的胶体溶液，具有无毒、低污染等优势，在受热时容易脱水转变为固体SiO2，因此，可作为SiO2材料的材料源。优选的，所述硅溶胶水溶液的质量分数为10％～40％，所述硅溶胶水溶液中硅溶胶的粒径为5nm～100nm，所述硅溶胶水溶液为酸性、碱性或中性均可。在步骤S2中，所述纳米材料不限，只要满足纳米材料在混合液中不与水反应，且不溶于混合液即可，保证纳米材料在混合液中以固体的形式的存在。优先的，所述纳米材料为金属及其化合物、无机盐等，金属化合物进一步优选为金属氧化物、金属硫化物。所述纳米材料可分为零维纳米材料、一维纳米材料、二维纳米材料和三维纳米材料。优选的，本专利技术所述纳米材料为零维纳米材料、一维纳米材料中的至少一种。为了保证所述硅溶胶转变为SiO2膜时能够牢固的包覆在纳米材料表面形成核壳结构，所述混合液中硅溶胶的质量分数为1％～10％，所述混合液中硅溶胶与所述纳米材料的质量比为1:10～10:1。在步骤S3中，由于硅溶胶有很强的粘结性与附着性，硅溶胶转变为二氧化硅包覆所述纳米材料形成核壳结构材料后，外壳仍然具有很强的粘结性与附着性，因此，进一步，多个所述核壳结构材料还相互结合而形成球形物。本专利技术核壳结构材料的制备方法中，将硅溶胶水溶液与纳米材料的混合液采用喷雾干燥器进行喷雾干燥，混合液中的硅溶胶(mSiO2·nH2O)中含有大量的水及羟基，而喷雾干燥器的干燥室的气体的温度为150℃～500℃。因此，混合液喷雾雾化后的雾滴在干燥室经过与气体接触而被加热至110℃及以上温度时，雾滴中的硅溶胶的自由水会完全失去；当温度继续升至150℃～220℃时，雾滴中的硅溶胶的物理吸附水也会脱附；在温度继续升至400℃～500℃时，硅溶胶的硅醇间进行缩聚失水，即失去化学吸附水，最终，硅溶胶转变为SiO2，而牢固的包覆在纳米材料的表面，得到核壳结构材料。另外，由于硅溶胶为胶体溶液，因而可以与纳米材料均匀混合，进而得到的核壳结构材料大小较为均一。该制备方法可实现以SiO2为外壳的核壳结构材料的规模化和连续化制备。本专利技术还提供一种上述制备方法得到的核壳结构材料，所述核壳结构材料包括外壳和内核，所述内核的材料为纳米材料，所述外壳的材料为二氧化硅。优选的，所述纳米材料与所述二氧化硅的质量比为1:10～10:1。本专利技术的核壳结构材料中，由于硅溶胶有很强的粘结性与附着性，在喷雾干燥的过程中，可以牢固结合纳米材料，因此，得到的核壳结构材料中外壳与内核的结合力较好，在后续的应用中具有良好的稳定性。以下，将通过以下具体实施例对所述核壳结构材料及其制备方法做进一步的说明。实施例1：取质量分数为40％的碱性硅溶胶水溶液100克，硅溶胶颗粒为5纳米～20纳米，加水稀释至5％。按照核壳结构材料核壳质量之比为1:1的比例计算，将40克零维氧化物纳米材料ZnO纳米颗粒加入硅溶胶水溶液中，形成混合液，混合液在磁力搅拌器中搅拌均匀。将喷雾干燥器的干燥室的气体温度设置为350℃，将混合液喷雾雾化形成雾滴，然后雾滴与气体接触而使水分蒸发，硅溶胶转变为SiO2包覆ZnO纳米颗粒，得到以ZnO纳米颗粒为内核，二氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核壳结构材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：提供硅溶胶水溶液；在所述硅溶胶水溶液中加入纳米材料形成混合液，所述混合液中所述纳米材料为固体；将所述混合液采用喷雾干燥器进行喷雾干燥，其中，所述喷雾干燥器的干燥室的气体的温度为150℃～500℃，在所述喷雾干燥的过程中，所述混合液先经喷雾雾化，而形成雾滴，然后雾滴与所述气体接触而使水分蒸发，得到以纳米材料为内核，二氧化硅为外壳的核壳结构材料。

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：提供硅溶胶水溶液；在所述硅溶胶水溶液中加入纳米材料形成混合液，所述混合液中所述纳米材料为固体；将所述混合液采用喷雾干燥器进行喷雾干燥，其中，所述喷雾干燥器的干燥室的气体的温度为150℃～500℃，在所述喷雾干燥的过程中，所述混合液先经喷雾雾化，而形成雾滴，然后雾滴与所述气体接触而使水分蒸发，得到以纳米材料为内核，二氧化硅为外壳的核壳结构材料。2.根据权利要求1所述的核壳结构材料的制备方法，其特征在于，所述硅溶胶水溶液中硅溶胶的粒径为5nm～100nm。3.根据权利要求1所述的核壳结构材料的制备方法，其特征在于，所述纳米材料为零维纳米材料、一维纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝洪良，刘一夫，高林辉，蒋齐磊，俞诗杰，刘靖，李胤慷，刘观福，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33