[发明专利]纳米复合功能材料的深层渗透-合成构造方法

说明书

本发明提出的深层渗透‑合成构造（Deep Permeation‑Synthesis Fabrication,DPSF）制备纳米复合功能材料的方法的特征是：将多孔材料基底安装于类似过滤装置的反应器中，在基底一侧加入反应剂流体，通过基底两侧施加的推动力，使流体或反应剂从一侧到另一侧渗透流动，在基底的孔内发生化学或物理反应，生成纳米固体颗粒并沉积在基孔中形成纳米组装，与基底共同构成纳米复合功能材料。各种多孔材料（如有机聚合物、无机陶瓷等）可以用作基底，与各种可通过流体反应生成纳米颗粒并表现出各种功能特性的材料，可任意组合构成纳米复合功能材料，其具有固定的内外部形态，均匀、稳定和完整的内部结构，在功能特性上也优于传统纳米材料，且没有制备尺度限制，可直接用于功能器件的装配。

技术领域

本发明涉及一种制备深层渗透纳米复合功能材料的方法，属于材料科学技术领域。

背景技术

纳米材料是由大量纳米单元或全部纳米单元构成的材料，至少一维尺度在1~100nm范围内，主要有颗粒、团簇、丝、柱、膜等不同形态。20世纪90年代以来，各种新的纳米材料和新的制备方法不断涌现，同时纳米材料各种奇特的物理和化学性质及性能不断被发现和应用。其效应及性质包括：量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、介电限域效应等。这些效应使其在电子、能源、环保、生物医药、化工等领域有广泛应用。

纳米复合材料（Nanocomposites）是由两种及以上固相至少在一维方向以纳米级大小复合而成的复合材料（许并社，纳米材料及应用技术[M], 北京:化学工业出版社）。其中一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。纳米复合材料可综合发挥各组分协同效应，性能可设计，并可按需加工材料形状。纳米复合材料的性能设计要考虑诸多影响因素，如纳米材料分散粒度、均匀度、纳米材料含量、与有机聚合物的相容性等，目前在实验室和工业中制备纳米复合材料的方法，有层层叠加复合法、纳米微粒填充法、原位合成法等。这些制备方法在纳米颗粒分散性、均匀性、纳米组装完整性和稳定性、填充量等方面大都存在很大问题，难以发挥复合材料在纳米尺度应有的功能和性能，且大多还只能停留在实验室阶段，无法满足工业规模的生产。因此，发展纳米尺度分散相与高性能连续相良好复合的创新性方法，确保纳米颗粒的良好均匀性、分散性、在连续相基体材料上组装的稳定性和完整性，以最好地实现复合材料的各种功能，具有重大的工程实际价值和理论意义。

发明内容

本发明提出了一种“深层渗透合成构造”制备纳米复合功能材料的方法，以本方法制备的复合材料称为“深层渗透纳米复合结构”。本发明的方法是，以具有微孔或介孔或大孔结构的多孔材料为基体，将其安装于过滤装置中，在基底一侧加入反应剂流体，通过基底两侧施加的推动力，例如在流体一侧加压或在另一侧抽真空，使流体穿过多孔的基底从一侧渗透流动到另一侧，流体中的反应剂之间，或与基底孔内已经存在的反应剂之间，发生化学或物理反应，生成纳米固体颗粒，并沉积在基体内部的孔结构中形成纳米组装，共同构成纳米复合功能材料。本发明的实施案例证明，所制成的纳米复合功能材料在纳米颗粒的均匀性、分散性、在连续相基体材料上组装的稳定性和完整性等方面表现优异，复合材料也实现了各种优异功能。同时，本发明的方法简单，易于实现较低成本工业化生产。

术语说明。

DPSF：深层渗透合成构造（Deep-Permeation-Synthesis Fabrication，DPSF）。

DPNS：深层渗透纳米复合结构（Deep Permeation Nanocomposite Structure，DPNS）。

附图说明

本发明的“深层渗透合成构造”（DPSF）方法，包括以下基本原理和技术细节。