[发明专利]包含核与壳的微粒

说明书

发明领域

本发明涉及包含核与壳的微粒，制备所述微粒的方法，该微粒的多种用途以及包含所述微粒的多种产品。

发明背景

包含核与壳的微粒众所周知。

值得注意的是锐钛矿相并不是TiO₂最稳定的相。金红石相是TiO₂中最普遍的自然形式。因此制备在多方面都更适宜的锐钛矿相并进一步在更长时间保持锐钛矿相是个问题。

CN1792445公开了一种纳米级半导体型的复合催化剂，其为由作为核的硫化物或硒化物和作为壳的涂覆的TiO₂层组成的半导体纳米微粒。其制备方法包含例如以下的步骤：利用湿化学法和表面活性剂改性法制备高分散的硫化镉(或硒化镉)纳米微粒，超声水解有机醇钛以获得TiO₂，以及TiO₂和硫化镉(或硒化镉)纳米微粒间的物理结合。其具有高的光催化活性和稳定性。

此文件对微粒大小无表述。

US2004/245496A1公开了一种新的清洁剂，包含由TiO_x(1.5＜x＜2)，TiO_xN_2-x(1＜x＜2)，类金刚石碳，和氧化钛-二氧化硅复合物TiO_x-SiO₂(1.5＜x＜＝2)组成的组中的至少一种组分，以及一种用所述清洁剂清洗物品的方法。此发明进一步提供了包含上述材料的抗菌材料，一种具有同样特性的抗菌产品，一种生产环境材料的方法，一种新功能吸附剂，以及其生产方法。

然而微粒尺寸典型地远小于100nm。此外，TiO_x的相对量要远高于本发明，并且微粒也不包含核与壳。

然而，当前非常困难或无法制备这样的小微粒，即，其中核的尺寸优选地大于10nm并优选地小于100μm，所述的小微粒是稳定的，例如，不自动的随时间变化，不进行相转换，在使用环境中稳定，等等。

此外，很难或无法制备核尺寸以及壳厚度大致均一的微粒，特别是其中壳厚度较小的情形。每当壳厚度变得较小时，壳典型地趋向于在壳内具有开放的空间。同样，这种壳典型地包含这样的区域，该区域在化学处理时未经受到处理，即保持为处理前状态，以及包含优选地被处理的区域，即其厚度远大于平均壳厚，因而产生较厚及较薄的层厚度，而非理想预期中的均一层厚度。

值得注意的是简单地氧化TiN微粒会导致产生TiO₂微粒，无TiN剩余。因此反应条件对于得到包含核与壳的微粒是关键。

典型地，目前可用的方法非常昂贵。

因此本发明的目的在于解决一个或多个上述的问题。

令人惊奇的是，本发明提供了对于以上问题的解决方案。此外，在可应用时，还提高了核-壳微粒在一个或多个方面的性能。该解决方案还使以下应用变得可行：目前尚不可能或最多是以有限的形式的应用。

据信，本申请的主要特征之一是微粒壳的厚度对其外观的影响。如果其壳变得太厚，微粒的颜色从黑色变成例如黄色。结果，光的吸收受到限制，例如，因为并非所有或大多数其中存在的波长可以被吸收。因而，这种微粒在能量转换中效率降低。如果壳的厚度变太小，壳中开始显出现缝隙，结果将没有(可见的)光在这些缝隙中被吸收。通过改变壳的厚度，可以对特定的吸收范围在波长/能量方面加以设计。所以，具有不同直径和不同壳厚度的纳米微粒可被用于加宽吸收光谱并因而提高能量转化效率。

发明概述

在发明的第一方面公开了一种微粒，其中核主要包含TiN，其中壳主要包含TiO₂，所述壳厚度为大于5nm，优选地大于20nm，更优选地大于50nm，并且其中壳厚度小于200nm，其中核尺寸优选地大于10nm，更优选地大于50nm，甚至更优选地大于100nm，甚至更优选地大于500nm，最优选地大于1000nm，且其中核的尺寸优选地小于100μm，更优选地小于50μm，甚至更优选地小于25μm，甚至更优选地小于10μm，最优选地小于3μm。

术语“核”及“壳”代表微粒的几何结构。术语“核尺寸”代表大致球状微粒的直径，该尺寸可以采用例如光散射技术、TEM等测量。壳的厚度可以用例如TEM测量。核与壳可以通过例如其化学组成而进一步鉴别。

依据本发明所述的微粒可以用于层，覆盖物，设备，或组合物。

依据本发明所述的微粒意外地具有大于10nm且小于100μm的核尺寸，其稳定，在核尺寸及壳厚度方面大致均匀，具有相对较小的壳厚度，实质上壳中无开放的空间，具有均匀形成的壳。