專利名稱：一種納米或微米結(jié)構(gòu)復合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種核殼納米或微米結(jié)構(gòu)復合材料及其制備方法，屬 納米復合材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在納米材料合成過程中，許多無定型材料都需要煅燒完成晶化過
程，例如制備Ti02光催化劑過程中，需要較長時間的高溫煅燒來改 變其晶型，從而提高其光催化活性。此種制備過程復雜、耗時耗能。 因此，我們考慮提出一種簡單而有效的方法快速完成納米材料由無定 型到晶型的轉(zhuǎn)變。
眾所周知，微波具有快速加熱物質(zhì)的作用，例如CuO在微波作 用下0.5min即可升溫701°C， NiO在微波作用下6.25min即可升溫 1305°C。因此依據(jù)微波加熱固體物質(zhì)引起不同溫度變化，我們提出選 擇具有強微波吸收能力的物質(zhì)作為核，微波透明材料作為殼形成核殼 納米或微米結(jié)構(gòu)，利用微波快速升溫原理實現(xiàn)殼的晶型改變，縮短了 實驗時間，大大減少實驗步驟，節(jié)時、節(jié)能，避免高溫煅燒等復雜實 驗環(huán)節(jié)，為化學反應(yīng)提供了一條簡便而有效的途徑。同時，結(jié)合微波 作用于物質(zhì)所表現(xiàn)的熱差異性，可以尋找不同材料合成有效的核殼結(jié)構(gòu)，形成的局限納米空間的高溫反應(yīng)釜有望為納米或微米材料的合成
提供一條簡單而便捷的新思路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種納米或微米結(jié)構(gòu)復合材料及其制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)原理
依據(jù)微波作用，將強吸收微波物質(zhì)作為核殼納米或微米結(jié)構(gòu)的 核，利用此種物質(zhì)在微波場作用下快速升溫的特點營造出局部加熱點 以引起殼的晶型改變。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案
一種核殼納米或微米結(jié)構(gòu)復合材料，是由核與殼兩部分組成， 即以具備強微波吸收能力物質(zhì)為核，微波透明物質(zhì)為殼，通過調(diào) 節(jié)核殼兩者之間的摩爾比，可以獲得不同厚度包覆層的核殼納米 或微米結(jié)構(gòu)，強微波吸收能力的物質(zhì)作為核，微波透明物質(zhì)為殼。 核與殼兩部分按摩爾百分比含量計算，其中核摩爾百分比為 1 99%;殼摩爾百分比為1~99%;其中強微波吸收能力物質(zhì)可為 氧化銅、三氧化二鈷、氧化鎳、四氧化三鐵、氧化鎢或五氧化二
釩等；微波透明物質(zhì)為二氧化鈦、氧化鋯等，微波透明物質(zhì)的二 氧化鈦、氧化鋯等為由殼層氧化物前驅(qū)體所形成的二氧化鈦或氧化鋯等；其所述殼層氧化物前驅(qū)體為有機前驅(qū)體或無機前驅(qū)體， 有機前驅(qū)體可是四丁基鈦、鈦酸四丁酯等，無機前驅(qū)體可以是四 氯化鈦、硝酸鋯等。 一種核殼納米或微米結(jié)構(gòu)復合材料制備方法，包括如下制備步
驟
(1) 核殼結(jié)構(gòu)的包覆過程
將粒徑在2~1000nm的強微波吸收物質(zhì)，按其與有機溶劑 的質(zhì)量體積比為0.01 0.03mol/L將強微波吸收物質(zhì)分散到有 機溶劑中后，加入殼層氧化物前驅(qū)體，再滴入酸或堿溶液，調(diào) 節(jié)pH為2 3，控制溫度為20 100。C，攪拌30min 24h，便得
核殼結(jié)構(gòu)的粉體混合液，將所得粉體混合液經(jīng)離心機，以 3000 5000r/min速度高速離心10 30min;后用無水乙醇洗 滌2~3次后干燥，控制干燥溫度在150°C 200°C，時間3~24h， 即得到本發(fā)明的一種核殼結(jié)構(gòu)的粉體材料； 其中有機溶劑可是乙醇、正丁醇、異丙醇等； 其中酸可是硝酸、鹽酸等，堿可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀等。
(2) 核殼結(jié)構(gòu)微波作用下形成復合材料的過程
將步驟(1)制備的核殼結(jié)構(gòu)粉體材料置于微波下，調(diào)節(jié)微 波頻率300MHz 300kMHz，作用0 30min，即得本發(fā)明的不同晶型的核殼結(jié)構(gòu)的一種納米或微米結(jié)構(gòu)復合材料。
一種納米或微米結(jié)構(gòu)復合材料，其核在2 nm 5pm之間，殼層 在2nm ljim之間。
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明借助于微波作用，大大縮短了納米或微米材料的合成時 間，獲得不同晶型比例的復合核殼結(jié)構(gòu)(見附圖1)，其穩(wěn)定性高， 晶化程度好。


圖l、 010@7102拉曼圖
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明具體說明，但并不限制本發(fā)明。 實施例l
將160mg氧化銅粉末，超聲(59Hz， 30min)分散于100ml無水 乙醇。加入0.54ml (0.3mol)水。用恒壓漏斗滴加0.03mol/L的100ml 鈦酸四丁脂/乙醇溶液于上述有機溶劑中，調(diào)節(jié)pH為2，攪拌40min 后，于15(TC干燥2h，收集于培養(yǎng)皿中，置于微波爐高火2min。獲 得黑色粉末狀氧化銅-二氧化鈦復合材料，其核在lpm左右，殼層為 20nm。將160mg氧化銅粉末，超聲(59Hz， 30min)分散于100ml無水 乙醇。加入0.54ml (0.3mol)水。用恒壓漏斗滴加0.03mol/L的100ml 鈦酸四丁脂/乙醇溶液于上述有機溶劑中，調(diào)節(jié)pH為2，攪拌40min 后，于150'C干燥2h，收集于培養(yǎng)皿中，置于微波爐高火5min。獲 得黑色粉末狀氧化銅-二氧化鈦復合材料，其核在lpm左右，殼層為 20nm。 實施例3
將160mg氧化銅粉末，超聲(59Hz， 30min)分散于100ml無水 乙醇。加入0.54ml (0.3mol)水。用恒壓漏斗滴加0.03mol/L的100ml 鈦酸四丁脂/乙醇溶液于上述有機溶劑中，調(diào)節(jié)pH為2，攪拌40min 后，于150。C干燥2h，收集于培養(yǎng)皿中，置于微波爐高火10min。獲 得黑色粉末狀氧化銅-二氧化鈦復合材料，其核在"m左右，殼層為 20nm。 實施例4
將80mg氧化銅粉末，超聲(59Hz， 30min)分散于100ml無水 乙醇。加入0.54ml (0.3mol)水。用恒壓漏斗滴加0.03mol/L的100ml 鈦酸四丁脂/乙醇溶液于上述有機溶劑中，調(diào)節(jié)pH為2，攪拌40min 后，于15(TC干燥2h，收集于培養(yǎng)皿中，置于微波爐高火10min。獲 得黑色粉末狀氧化銅-二氧化鈦復合材料，其核在l^m左右，殼層為20nm。
將75mg氧化鎳粉末，超聲(59Hz， 30min)分散于100ml無水 乙醇。加入0.54ml (0.3mol)水。用恒壓漏斗滴加0.03mol/L的100ml 鈦酸四丁脂/乙醇溶液于上述有機溶劑中，調(diào)節(jié)pH為3，攪拌70min 后，于150。C干燥2h，收集于培養(yǎng)皿中，置于微波爐高火10min。獲 得黑色粉末狀氧化鎳-二氧化鈦復合材料，其核在200nm左右，殼層 為30nm。 實施例6
將166mg三氧化二鈷粉末，超聲(59Hz， 30min)分散于100ml 無水乙醇。加入0.54ml (0.3mol)水。用恒壓漏斗滴加0.03mol/L的 100ml鈦酸四丁脂/乙醇溶液于上述有機溶劑中，調(diào)節(jié)pH為3，攪拌 50min后，于150。C干燥3h，收集于培養(yǎng)皿中，置于微波爐高火10min。 獲得黑色粉末狀三氧化二鈷-二氧化鈦復合材料，其核在3pm左右， 殼層為100nm。 實施例7
將216mg氧化鉤，超聲(59Hz， 30min)分散于100ml無水乙醇。 加入0.54ml (0.3mol)水。用恒壓漏斗滴加0.03mol/L的100ml鈦酸四 丁脂/乙醇溶液于上述有機溶劑中，調(diào)節(jié)pH為3，攪拌90min后，于15(TC干燥4h,收集于培養(yǎng)皿中，置于微波爐高火lOmin。獲得黑色 粉末狀氧化鎢-二氧化鈦復合材料，其核在lpm左右，殼層為60nm。 利用激光拉曼光譜法獲得010@1102的拉曼圖，見附圖l。由附 圖1可以看出，微波作用5min后，CuO@Ti02中1102所表現(xiàn)出的晶 型結(jié)構(gòu)是銳鈦型；在微波作用10min后，表現(xiàn)出的則是銳鈦礦和晶紅 石共同存在；而微波2min后，1102沒有出現(xiàn)由無定型向晶型的改變。 同時進行了對照實驗，對純Ti02進行微波作用，其晶型在微波前后 沒有發(fā)生變化。由此表明包裹了 CuO的Ti02在進行微波加熱后，其 晶形在很簡單的條件下就能得到了改變，從而表明調(diào)控微波時間可獲 得不同晶型比例的核殼納米結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1、一種納米或微米結(jié)構(gòu)復合材料，其特征在于其是由核與殼兩部分組成，其中核為強微波吸收物質(zhì)，殼為微波透明物質(zhì)；核與殼兩部分按摩爾百分比含量計算，其中核摩爾百分比為1～99％；殼摩爾百分比為1～99％；強微波吸收物質(zhì)為氧化銅、三氧化二鈷、氧化鎳、四氧化三鐵、氧化鎢或五氧化二釩等；微波透明物質(zhì)為由殼層氧化物前驅(qū)體所形成的二氧化鈦或氧化鋯等；其所述殼層氧化物前驅(qū)體為有機前驅(qū)體或無機前驅(qū)體，有機前驅(qū)體可是四丁基鈦、鈦酸四丁酯等，無機前驅(qū)體可以是四氯化鈦、硝酸鋯等。
2、如權(quán)利要求書1所述的一種復合納米或微米結(jié)構(gòu)復合材料，其特 征在于包括如下兩個步驟-(1)核殼結(jié)構(gòu)的包覆將粒徑在2 1000nm的強微波吸收物質(zhì)，按其與有機溶劑 的質(zhì)量體積比為O.01~0.03mol/L將強微波吸收物質(zhì)分散到有 機溶劑中后，加入殼層氧化物前驅(qū)體，再滴入酸或堿溶液，調(diào) 節(jié)pH為2 3，控制溫度為20-100°C，攪拌30min 24h，便得核殼結(jié)構(gòu)的粉體混合液，將所得粉體混合液經(jīng)離心機，以3000 5000r/min速度高速離心10 30min;后用無水乙醇洗滌2~3次后干燥，控制干燥溫度在150°C~200°C，時間3~24h，即得到本發(fā)明的一種核殼結(jié)構(gòu)的粉體材料；其中有機溶劑可以是乙醇、正丁醇、異丙醇等； 其中酸可以是硝酸、鹽酸等，堿可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀等；(2)核殼結(jié)構(gòu)微波作用下形成復合材料將步驟(1)制備的核殼結(jié)構(gòu)的納米或微米粉體材料置于微 波下，調(diào)節(jié)微波頻率300MHz 300kMHz，作用0 30min，即獲 得本發(fā)明的不同晶型的核殼結(jié)構(gòu)的納米或微米結(jié)構(gòu)復合材料。
3、如權(quán)利要求2所述的一種納米或微米結(jié)構(gòu)復合材料，其特征在于 所得的納米或微米結(jié)構(gòu)復合材料其核粒徑為2nm 5pm之間，殼層 在2nm lpim之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米或微米結(jié)構(gòu)復合材料及其制備方法，屬納米復合材料制備領(lǐng)域。本發(fā)明的納米或微米結(jié)構(gòu)復合材料是由核與殼兩部分組成，其中核為強微波吸收物質(zhì)，殼為微波透明物質(zhì)。在微波能場的作用下，核快速升溫產(chǎn)生局部熱點誘導殼發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，通過控制微波頻率和微波時間，可以控制殼的晶型和晶粒大小。本發(fā)明提供了一種借助于微波輔助作用下合成納米或微米核殼結(jié)構(gòu)復合材料的新途徑，大大縮短了合成時間，避免了高溫煅燒的實驗環(huán)節(jié)，節(jié)時節(jié)能。
文檔編號B01J37/00GK101618351SQ20091005599
公開日2010年1月6日 申請日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)明者周化嵐, 施文健, 忠 鄒, 悅 韓 申請人:上海理工大學