[发明专利]一种核壳结构纳米材料及其制备方法

说明书

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种核壳结构纳米材料及其制备方法。本发明公开的制备方法向火花烧蚀装置内通入载气气源后，载气在高压脉冲下火花放电，高温火花将两个电极表面的材料烧蚀蒸发，形成两种原子团簇，随即冷凝形成纳米颗粒，经烧结、冷却，熔点高的纳米颗粒先凝结为核心，熔点低的纳米颗粒后凝结为壳层，形成核壳结构以降低能量保持稳定状态。该制备方法无需制备前驱体，工艺简单快捷且环保，降低生产成本，可连续生产，有利于实现工业化大规模生产；该制备方法制得的核壳颗粒纯度高、单分散性好、尺寸可控、且尺寸分布窄；该制备方法通过更换电极的材料可以制备得到不同类型的核壳材料，可应用于电子、生物医药、化工等领域。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种核壳结构纳米材料及其制备方法。

背景技术

核壳材料是以一个尺寸在微米至纳米级的球形颗粒为核，在其表面包覆数层均匀纳米薄膜而形成的一种复合多相结构。核壳材料集无机、有机、纳米粒子诸多特异性质于一体,并可通过控制核-壳的厚度等实现复合性能的调控，因而受到广泛关注与研究。

根据核壳成分的不同,主要可分为有机核-无机壳型、无机核-有机壳型和无机核-无机壳型。核壳材料一方面可以通过性质相对稳定的外壳来保护内核粒子不发生物理、化学变化,另一方面还可通过表面包覆将外壳粒子特有的电磁性能、光学性能、催化性能赋予内核粒子,改善核粒子的表面荷电、表面活性与稳定性、分散性等。

目前制备核壳结构材料的方法主要有种子聚合法、大分子单体法、自组装法、逐步异相凝聚法等。以上方法制备的核壳结构颗粒主要集中在微米级，由于纳米材料活性太高，以上方法较难控制，难以制备纳米级核壳结构材料。同时以上方法还存在以下缺点：(1)制备过程易引入杂质，制得的核壳结构材料纯度不高；(2)制备的核壳结构颗粒之间容易团聚，分散性不好；(3)使用有毒有害化学试剂，对环境不友好。

发明内容

本发明提供了一种核壳结构纳米材料及其制备方法，解决了目前核壳结构复合材料制备方法制得的核壳结构复合材料纯度低、分散性不好、制备过程较为繁琐、且使用有毒化学试剂的问题。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种核壳结构纳米材料的制备方法，采用依次连通的载气气源、火花烧蚀装置、烧结装置和收集装置组成的制备系统制备，所述火花烧蚀装置内上下对称设置有第一电极和第二电极，所述火花烧蚀装置左右壁分别开设有用于连通所述载气气源和烧结装置的通孔，两个所述通孔的轴线位一同水平线上，且位于所述第一电极与所述第二电极之间；

所述制备方法包括以下步骤：

步骤1：向所述火花烧蚀装置内通入载气气源；

步骤2：向所述第一电极与所述第二电极施加脉冲电压进行火花烧蚀反应，形成第一电极原子团簇和第二电极原子团簇，冷却形成纳米颗粒；

步骤3：所述纳米颗粒在所述载气气源的带动下进入所述烧结装置进行烧结，冷却，得到核壳结构的纳米材料；

所述第一电极的熔点高于所述第二电极的熔点。

优选地，所述第一电极与所述第二电极的熔点相差50℃以上。

优选地，所述载气气源为氮气和/或惰性气体。

优选地，所述载气气源的流量为0.01-30L/min。

优选地，所述第一电极为圆柱状，所述第一电极的直径为1-100mm；

所述第二电极为圆柱状，所述第二电极的直径为1-100mm。

优选地，所述第一电极选自导体材料或半导体材料；

所述第二电极选自导体材料或半导体材料。