[发明专利]一种包覆型核壳结构复合颗粒及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了包覆型核壳结构复合颗粒及其制备方法和应用，所述包覆型核壳结构复合颗粒包括内核结构以及依次包覆在所述内核结构上的壳层一、壳层二和壳层三，所述内核结构为二氧化钛，所述壳层一为氧化铝，所述壳层二为聚(苯乙烯‑二乙烯基苯)，所述壳层三为聚甲基丙烯酸甲酯。本发明通过多步乳液聚合制备了一种包覆型核壳结构的复合颗粒，能够在超低电压诱导下实现颗粒自组装。通过无机和有机材料包覆改性，使得制备好的复合颗粒具备优异的电学响应型，在光电领域具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其是涉及一种包覆型核壳结构复合颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

纳米微粒是指尺寸为纳米量级(10^-9m)的超微颗粒，尺寸大于原子簇，但又小于常见的微粒，粒径一般在1～100nm之间。纳米微粒具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应以及宏观量子隧道效应等基本特性，因此在光、电、磁、热以及催化等领域有独特性能。

无机材料具有很好的强度、刚性、耐热性、尺寸稳定性以及使用寿命长等优点，但同时存在加工成型较难等缺点。有机材料相较于无机材料而言，其加工成型较容易，且具有结构可设计性以及综合力学强度佳的优势，但热稳定性不好，电子光谱谱线宽等不足，无法完全满足光、电、磁等功能材料的要求。因此，通过优势互补，得到的无机材料与有机高分子材料所形成的复合材料，极大地满足了上述功能材料的需求，在电子学、光学、机械等领域均具有广阔的发展应用前景。

纳米二氧化钛(TiO₂)是一种附加值很高的功能精细无机材料，因其良好的耐候性、耐化学腐蚀性、抗紫外线能力强等特点，被广泛应用于涂料、光催化剂、化妆品、传感器及电子材料等领域。TiO₂在自然界中有3种存在形式，即：板钛矿型、锐钛矿型和金红石型。晶体结构决定了TiO₂性质，金红石型是TiO₂最稳定的结晶形态，是热力学稳定相，它结构致密，折射率、硬度和介电常数均比锐钛矿型高。由于TiO₂分子极性很强，使得TiO₂表面易吸附水分子并使水分子极化而形成表面羟基。而纳米量级的TiO₂比表面积大，表面能高，在制备和应用过程中极易发生团聚，使其优异的性能得不到充分发挥，因此需要对纳米TiO₂进行表面改性处理。其次二氧化钛颗粒的相对介电常数到达110，数值偏大，纯二氧化钛颗粒的均匀胶体悬浮液，需要在较高的外加电场下才具有良好的电学响应，不利于其在光电领域的响应。

目前通常采用自发的纳米颗粒自组装或者化学自组装手段进行表面进行改性，但需要严格把控和选择实验条件和参数，同时，简单的化学自组装并不适用于大规模操作得到理想的组装结构。为使自组装更具目的性和可控性，往往在化学自组装过程中引入物理外场(电场、磁场)，利用外场与纳米颗粒的相互作用增强物质本身固有的偶极矩或者改变自组装过程中系统能量的变化，从而得到独特的组装形貌与结构。

电场作为一种被广泛采用的组装手段，当前主要研究的是交变电场作用下诱导纳米颗粒在电场中运动，常见的颗粒有金纳米粒子，炭黑纳米粒子，SiO₂和Al亚微米粒子以及亚微米或微米量级的复合颗粒，在外加交变电场下，得到一维定向排列、纳米或微米线等结构。其中，颗粒一般需要分散在去离子水、丙酮等极性溶剂中，外加电场强度需要1～16kV/mm。考虑到外部环境对纳米颗粒的影响，实验设备均以封闭体系为主要研究对象。这种方法的局限性主要体现在两个方面：一是外加电场长度较大，容易击穿测试器件；二是测试环境需要封闭，增大了测试清洗和对洁净度的要求。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种包覆型核壳结构复合颗粒及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：