一种具有双球壳中空结构的多组分中空微球及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种具有双球壳中空结构的多组分中空微球，所述中空微球为核壳结构，核为空腔，壳为双层壳结构，包括内部球壳和外部球壳；其中，内部球壳的组成为碳；外部球壳中包括连续相和分散在所述连续相中的分散相，连续相的组成为无定形碳，分散相的组成为金属银颗粒和氧化铁颗粒。其可解决目前高性能吸波剂的成型和性能调控方面尚存在分级设计和协同调控困难、阻抗匹配和损耗能力无法高效兼顾、制备工艺复杂等问题。本发明专利技术还公开了该多组分中空微球的制备方法和应用。微球的制备方法和应用。微球的制备方法和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种具有双球壳中空结构的多组分中空微球及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及功能材料领域。更具体地，涉及一种具有双球壳中空结构的多组分中空微球及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]电子设备的广泛使用产生大量电磁波，这些电磁波遍布于人们生活的各个角落，对于精密仪器的正常运转和人体健康产生巨大威胁。鉴于此，电磁波吸收与屏蔽材料被广泛应用于电磁波的防护。对于局域的电磁屏蔽而言，通过高导电或高导磁材料将电磁波挡在被保护区域外，即可实现被保护区域内部的电磁防护。然而，此类防护中，由于电磁波在防护材料表面发生了直接反射，虽可保护其内部区域不受影响，却造成了严重的二次污染。这些不断反射叠加的电磁波会造成更为严重的影响。相对而言，采用高性能电磁波吸收材料将入射的电磁波能量转换为其他形式(如热能)而耗散掉，则是更为有效的实现电磁波防控的方法。
[0003]鉴于此，研究人员已经在高性能电磁波吸收材料(吸收剂)方面投入大量精力，已开发出多种不同化学组成和损耗机制的电磁波吸收剂，如磁性金属、氧化铁、导电金属、导电聚合物、功能陶瓷等。不同于将直接电磁波反射的屏蔽材料，电磁波吸收材料需要兼顾阻抗匹配和损耗能力(综合电磁特性)。阻抗匹配的目的在于实现入射电磁波尽可能的进入吸波材料内部，而非发生表面区的直接反射造成二次污染。同时，进入吸波材料内部的电磁波若无法在材料内部实现有效耗损，将会进一步穿透材料，导致无法实现电磁波的屏蔽或吸收。因此，兼顾阻抗匹配和损耗能力的吸波剂的设计是开发高性能电磁波吸收材料的关键。目前研究人员在通过化学组成和结构的设计调控吸波剂的综合电磁特性方面取得一些进展。然而，目前高性能吸波剂的成型和性能调控方面尚存在分级设计和协同调控困难、阻抗匹配和损耗能力无法高效兼顾、制备工艺复杂等问题，制约了高性能吸波剂的批量制备和应用开发。

技术实现思路

[0004]基于以上问题，本专利技术提供一种具有双球壳中空结构的多组分中空微球及其制备方法和应用，以至少解决目前高性能吸波剂的成型和性能调控方面尚存在分级设计和协同调控困难、阻抗匹配和损耗能力无法高效兼顾、制备工艺复杂等问题。
[0005]一方面，本专利技术提供一种具有双球壳中空结构的多组分中空微球，所述中空微球为核壳结构，核为空腔，壳为双层壳结构，包括内部球壳和外部球壳；
[0006]其中，内部球壳的组成为碳；
[0007]外部球壳中包括连续相和分散在所述连续相中的分散相，连续相的组成为无定形碳，分散相的组成为金属银颗粒和氧化铁颗粒。
[0008]该中空微球中，空腔结构和球壳内的异质组分可以引入丰富的界面，实现入射电
磁波的多重散射和耗散，并通过金属银颗粒、氧化铁颗粒和碳材料的界面极化、介电、漏导、磁损耗等机制耗散电磁波，实现吸波性能提升。
[0009]进一步地，所述中空微球的粒径为5
‑
40μm，空腔直径为3
‑
30μm。
[0010]进一步地，所述内部球壳的厚度为0.5
‑
2μm；所述外部球壳的厚度为0.2
‑
1μm。
[0011]进一步地，所述金属银颗粒的粒径为5
‑
100nm，其在该中空微球中的质量百分含量为5
‑
20wt％；
[0012]所述氧化铁颗粒的粒径为8
‑
70nm，其在该中空微球中的质量百分含量为5
‑
20wt％。
[0013]进一步地，所述外部球壳中，金属银颗粒和氧化铁颗粒由初始加入的金属硝酸盐热分解转化而来，外部球壳的碳由水溶性小分子碳源碳化得到。
[0014]进一步地，所述内部球壳中，碳由酚醛微球热解碳化得到。
[0015]进一步地，所述水溶性小分子碳源包括但不限于为柠檬酸、淀粉、蔗糖、葡萄糖、多巴胺中的一种或几种。
[0016]又一个方面，本专利技术提供如上所述的多组分中空微球的制备方法，包括如下步骤：
[0017]提供碳中空微球；
[0018]将所述提供碳中空微球与溶胶混匀，干燥，得混合凝胶，其中，所述溶胶由金属银和铁的硝酸盐、水溶性小分子碳源和去离子水混合得到；
[0019]将所述混合凝胶于惰性气氛中进行热处理，得所述多组分中空微球。
[0020]该方法中，把除微球外的其他成分预先溶解成溶胶，可以使各组分分散混合均匀，也可避免这些组分分散过程中中空微球的破碎；另外，碳微球能吸附水分和金属盐等组分，如果没有事先分散均匀，容易导致各组分在微球表面吸附不均匀。
[0021]进一步地，所述碳中空微球为通过将酚醛树脂空中微球热处理得到。酚醛微球廉价易得，且碳化后残碳量高，便于保持中空微球结构。相比较其他树脂而言，碳化后加工稳定性好且成本低，成型容易。
[0022]进一步地，将酚醛树脂中空微球热处理的温度为700
‑
1500℃，时间为1
‑
12小时，在惰性气氛或还原性气氛下进行；
[0023]将混合凝胶于惰性气氛中进行热处理的温度为350
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500℃，时间为2
‑
10小时。
[0024]进一步地，所述碳中空微球与溶胶的质量比为1:2
‑
1:8。
[0025]所述溶胶中，金属银和铁的硝酸盐的总质量与水溶性小分子碳源和去离子水的质量比为3:2:3；所述金属银的硝酸盐与金属铁的硝酸盐的质量比为1:3。
[0026]进一步地，所述惰性气氛为氮气或氩气。
[0027]进一步地，所述混合凝胶于惰性气氛中进行热处理后冷却得到的粉体还可经过过筛处理，筛除大颗粒并实现分散。
[0028]又一个方面，本专利技术提供如上所述的多组分中空微球作为吸波剂的应用。
[0029]如无特殊说明，本专利技术中使用的原料均可通过市售商购获得。
[0030]本专利技术的有益效果如下：
[0031]本专利技术提供的具有双球壳结构的多组分中空复合微球通过内部碳球壳和外部多组分复合球壳的分步成型实现球壳结构和组成的分步控制，通过热处理温度的不同产生晶化程度差异，进而调控电磁功能。
[0032]本专利技术提供的具有双球壳结构的多组分中空复合微球，可同步实现金属银颗粒和氧化铁纳米颗粒的在微米级球壳表面的分散组装，既可防止纳米颗粒的团聚，宏观的微米球形外形又方便吸波剂的使用。
[0033]本专利技术提供的具有双球壳结构的多组分中空复合微球在双层球壳间和外部球壳内部具有丰富的异质界面，可有效提升对电磁波的吸收能力。
[0034]本专利技术提供的具有双球壳结构的多组分中空复合微球的制备方法中，采用热处理诱导的热解成型，具有快速高效的特点。
附图说明
[0035]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0036]图1示出具有双球壳结构的多组分中空复合微球吸波剂的制备过程(a)及得到吸波剂结构(b)示意图。
[0037]图2示出实施例1制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有双球壳中空结构的多组分中空微球，其特征在于，所述中空微球为核壳结构，核为空腔，壳为双层壳结构，包括内部球壳和外部球壳；其中，内部球壳的组成为碳；外部球壳中包括连续相和分散在所述连续相中的分散相，连续相的组成为无定形碳，分散相的组成为金属银颗粒和氧化铁颗粒。2.根据权利要求1所述的多组分中空微球，其特征在于，所述中空微球的粒径为5
‑
40μm，空腔直径为3
‑
30μm。3.根据权利要求1所述的多组分中空微球，其特征在于，所述内部球壳的厚度为0.5
‑
2μm；所述外部球壳的厚度为0.2
‑
1μm。4.根据权利要求1所述的多组分中空微球，其特征在于，所述金属银颗粒的粒径为5
‑
100nm，其在该中空微球中的质量百分含量为5
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20wt％；所述氧化铁颗粒的粒径为8
‑
70nm，其在该中空微球中的质量百分含量为5
‑
20wt％。5.根据权利要求1所述的多组分中空微球，其特征在于，所述外部球壳中，金属银颗粒和氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：安振国，张敬杰，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：