中年|氧化铝空心球的制备方法和制备机理( 三 )
本文插图
图4有机-无机掺杂空心球合成过程示意图
1.3硬模板与软模板相结合制备空心球材料
硬模板法可以通过控制模板的尺寸来调节空心球的内腔大小 ， 制备得到的粒径较为均匀 ， 但是 ， 其制备过程比较麻烦 ， 需要采用高温加热或者有机溶剂脱除模板；软模板制备空心球材料不需要模板脱出 ， 可以一步得到空心球材料 ， 制备过程较简单 ， 但是 ， 由软模板法制备得到的空心球材料形貌的均匀性有待提高 ， 使用有机溶剂会给环境带来污染 ， 并且 ， 软模板法的产量低 ， 不适宜工业化生产 。 目前 ， 有人采用了硬模板和软模板相结合来制备空心球材料 。
1.4自组装法制备空心球材料
硬模板法在制备过程中虽然可以通过控制模板的尺寸来条件空心球内腔的大小 ， 但是其壁厚却是难以控制的 ， 普通的制备方法都存在着壁厚不可控这一难题 ， Caruso等提出采用L-b-L自组装法来制备空心球 ， 该方法是以高分子聚合物形成的乳胶粒作为模板 ， 聚电解质和带相反电荷的壳材料前驱体通过静电作用逐层的包覆在模板表面 ， 形成多层壳结构 。 将聚电解质和模板脱除即可以得到空心球材料 。 该实验 ， 主要可以分为三个步骤 ， 第一步：将带有相反电荷的聚电解质(带正电)沉积在乳胶粒表面(过程1)；第二步：纳米颗粒(带负电)通过静电作用进一步吸附在上述沉积在乳胶粒表面的聚电解质表面；第三步：重复上述过程 ， 得到多层空心球材料 ， 重复步骤1和步骤2可以得到核.纳米粒子/聚合物壳复合材料；第四步：采用煅烧或者溶剂脱除即可以得到空心球材料 。 上述过程中最关键的是每一次聚电解质或者纳米粒子的吸附会更换表面电荷 ， 促进下一次的吸附 。 当每一次吸附完成时 ， 需要将未吸附在粒子表面的聚电解质或者纳米粒子除去 。 该方法不仅可以通过改变模板的尺寸来控制空心球内腔的大小 ， 可以通过控制上述操作的循环次数来调节空心球壁厚 ， 制备得到的空心球具有粒径均匀 ， 分散性好等优点 。
1.5喷雾干燥法制备空心球材料
喷雾干燥法通过喷雾装置将前驱体溶液喷成细雾状进而到具有高温气氛的反应器当中 ， 在高温下 ， 溶剂会快速挥发 ， 并且金属盐会发生热分解或者燃烧等化学反应 ， 沉淀形成空心球 。。 该方法的最大优点就是可以通过控制气流模式、雾化条件、反应器的温度和湿度等方法来调节产品的形貌 。 该方法综合了液相法和气相法的诸多优点 ， 便于连续操作和规模化生产 。 喷雾干燥法制备空心球材料示意图如图1.12所示 。 目前采用该方法已经成功的合成了SiO2、SiO2/γ-Fe2O3、TiO2空心球材料等 。
图5喷雾干燥法制备空心球材料示意图
2、空心球材料制备反应机理
核壳结构的形成是空心球材料的制备关键 ， 了解核壳的形成机理才能探究出影响空心球材料的实验因素 。 目前 ， 核壳结构的形成机理主要可以分为三类 。
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(1)静电吸附机理
静电引力吸附是依靠表面粒子和溶液中带有相反电荷的粒子之间的静电力来得到核壳结构 ， 这种吸附不需要任何化学键 。 溶液中带有相反电荷的粒子通过库仑力吸附在核表面上形成双电层 ， 双电层会促使毛电位的生成 ， 电位越大 ， 斥力也越大 ， 进而提高粒子的分散性 。 当颗粒间的斥力小于颗粒间的吸引力时 ， 颗粒将会发生团聚现象 ， 当颗粒的毛电位达到零时 ， 颗粒之间的斥力将会完全消失 。 在制备过程中 ， 可先对纳米颗粒进行表面修饰 ， 经逐层自组装过程得到多层复合结构 ， 在后续处理中脱除模板 。 采用基于该机理的制备方法具有操作简单 ， 得到的产品稳定性好 ， 空心球的壁厚可控等优点 。
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