[发明专利]一种基于相分离的功能性杂化纳米颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明是属于化工材料领域的一种制备方法，主要用于多组成、多结构、多功能的杂化纳米颗粒的快速制备。

背景技术

纳米材料由于其独特的纳米尺寸效应，在各个领域有着广泛的应用如增强填料、涂料、电子显示、生物医药、先进能源材料等。随着纳米科学和技术的发展以及社会日益增长的需求，单一组成，结构和功能的纳米材料已很难满足实际应用的要求。材料的多层次结构设计，功能的杂化是当今科学研究领域以及生活生产领域的热点。

迄今为止，研究人员已经发明出了多种制备多层次结构多功能型的纳米材料的方法，如电弧法、离子溅射技术、液相共沉淀法、水热溶剂热法等。制备出的材料结构多样，如颗粒状、棒状、线状、核壳、异质或者多种结构的结合，功能丰富如具有光、电、磁、亲水或疏水性等，在光催化、气体传感、显影成像、药物释放、分子检测等领域有着广泛的应用，展现出巨大的潜力。尽管如此，这种多结构多功能的复合颗粒的制备目前还只能是小批量的，而且方法比较复杂，时间周期较长，很难实现工业化，大多都停留在实验室的研究阶段。火焰燃烧技术已经被证明是一种能够工业化生产纳米粉体（如SiO₂，TiO₂，Al₂O₃）的有效工业技术，特别是近些年来，喷雾燃烧技术的发展，更是为大批量连续化制备功能性纳米材料提供了有效的技术支持。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的之一，是提供一种基于相分离的功能杂化纳米颗粒的快速制备方法，以克服现有技术所存在的缺陷，满足科学技术和生产发展的需求。

本发明的构思是这样的：

功能性的杂化纳米颗粒都是多层次结构的，一般都是通过多步骤的技术路线实现的，如：外延生长法、种子生长法、模板去模板法、层层自组装法等，通过层层的结构设计来实现的，其过程步骤繁多，时间周期长，而且产率较低。为了解决以上问题，采用火焰喷雾燃烧技术共燃烧热解组合型前驱体，利用最终产物各自的特性差异，实现多功能多结构纳米颗粒的快速制备。通过前驱体种类的选择和配比设计，最终得到具有丰富结构和功能性的纳米颗粒。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于相分离的功能性杂化纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：采用注射泵将前驱体的乙醇溶液连续送入H₂和O₂的共流扩散火焰区，经过燃烧、高温热解和成核过程，在火焰方向温度随着热扩散而降低对应生成熔沸点不同的产物，最终相分离成不同组成和结构的杂化纳米颗粒；相分离后的各组分在高温下不会发生化学结合；

所述前驱体是组合型前驱体，为硝酸铁/正硅酸乙酯或者钛酸四丁酯/正硅酸乙酯；其中硝酸铁和正硅酸乙酯的比例是5：1～1：2，钛酸四丁酯和正硅酸乙酯的比例是4：1～1：3；

所述H₂和O₂的共流扩散火焰中H₂流量为50～200 L/h，O₂的流量为0.5～1.5 m³/h；

所述杂化纳米颗粒是Fe₂O₃||SiO₂或TiO₂||SiO₂。其中，双竖线表示两种组成是相分离的，一半是Fe₂O₃或TiO₂，一半是SiO₂。

所述杂化纳米颗粒的结构为相分离的双面异质结构。

所述的杂化纳米颗粒为整合两种组成的物质如Fe₂O₃（或TiO₂）与SiO₂在一个纳米颗粒中。

所述共流扩散火焰区的最高温度高于2000℃。

所述杂化纳米颗粒Fe₂O₃||SiO₂具有Fe₂O₃半球的磁响应性和SiO₂半球的非磁响应性，所述杂化纳米颗粒TiO₂||SiO₂具有TiO₂半球的光响应性和SiO₂半球非光响应性。

有益效果