[发明专利]具有分层复合球壳结构的复合型中空微球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有分层复合球壳结构的复合型中空微球，所述复合型中空微球为四壳层中空微球，壳层由内之外依次为玻璃球壳、二氧化硅球壳、磁性金属球壳和导电金属球壳；其中，所述磁性金属球壳的材质不同于导电金属球壳的材质；且所述导电金属球壳的材质为铜、银或两者的混合。该复合型中空微球一方面可解决中空结构的力学强度和低密度难以兼顾的问题；另一方面，可解决单一组成的中空微球难以大幅度调控电磁功能性的问题，实现同一微球内部的力学增强、磁性和导电性的统一。本发明还公开了该复合型中空微球的制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及粉体材料技术领域。更具体地，涉及一种具有分层复合球壳结构的复合型中空微球及其制备方法和应用。

背景技术

无线电技术的广泛应用使得电磁波无处不在，电磁波已成为影响生产生活和人民健康的重要污染源。电磁功能材料，包括电磁波吸收和屏蔽材料被广泛应用于抑制电磁波。电磁功能材料对电磁波的屏蔽机制可分为因界面的阻抗失配导致的对入射电磁波的直接反射和因材料内部的损耗而导致的耗散。虽然上述两方面作用共同带来电磁波的低透过率(低透过意味着高的屏蔽效能)，但更理想的电磁屏蔽材料则需具有更高的内部损耗和更低的界面直接反射。其原因在于，界面的直接反射无法彻底消除电磁波，会导致电磁波的二次污染。与之相对的是，低的界面反射和高的内部损耗则可从根本上降低电磁波的总量，一方面保护被屏蔽物不受干扰，另一方面也通过对电磁波的消耗而避免了二次污染。

为实现高效的电磁波屏蔽，通常需要高导电材料对电磁波的电场能进行屏蔽，或通过磁性材料屏蔽电磁波磁场能。导电材料的电场屏蔽在高频具有更好的效果，而磁性材料的磁场屏蔽在低频段更具优势。另外，通常导电和磁性材料(如金属粉或铁氧体)的密度普遍偏高，为降低密度，通常将这些材料作成小尺寸填料，并与低密度的聚合物树脂材料复合制成复合材料。但是这些电磁功能填料自身固有的高密度依然会导致两个问题：一是在树脂基复合材料配料和固化成型过程中因填料的高密度导致沉降和成分偏析；二是为形成电磁屏蔽网络而进行的高填充比设计导致复合材料的整体密度仍然较高。针对这两个问题，结合当下对设备和材料轻量化的大趋势要求，设计制备更低密度的电磁屏蔽材料将是有巨大价值和科技意义的发展方向。另一方面，屏蔽机制角度考虑，在同一填料颗粒内部实现电功能和磁功能组分的复合也是提高电磁屏蔽复合材料综合屏蔽效能的有效途径。然而，电磁功能填料通常在微纳米尺度，目前虽有大量关于对这些填料的外形控制及其构性关系研究，但对其进行轻量化设计和多组分复合难度很大。

综上所述，鉴于传统电磁屏蔽材料密度高，损耗机制单一的问题，开发低密度且可实现电、磁作用机制有机结合的复合型电磁屏蔽填料虽具有较高的科学和应用价值，但其设计和高效合成仍是巨大的挑战。

发明内容

基于以上问题，本发明的第一个目的在于提供一种具有分层复合球壳结构的复合型中空微球，该复合型中空微球为具有低密度、高力学强度和好的电磁功能的中空微球，该中空微球具有复合型球壳结构和内部空腔，通过球壳组成和结构的变化可方便地实现微球电磁性能调控，同时空腔可降低复合微球的整体密度。另外，针对传统中空结构材料的强度偏低，容易因破碎而失去中空结构和低密度的优势的问题，本发明提供的复合型的球壳结构在赋予中空微球电磁功能的同时可提高中空微球的力学强度，避免中空微球在制备、分离、和使用过程中的破碎。

本发明的第二个目的在于提供一种具有分层复合球壳结构的复合型中空微球的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种具有分层复合球壳结构的复合型中空微球的应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种具有分层复合球壳结构的复合型中空微球，所述复合型中空微球为四壳层中空微球，壳层由内之外依次为玻璃球壳、二氧化硅球壳、磁性金属球壳和导电金属球壳；

其中，所述磁性金属球壳的材质不同于导电金属球壳的材质；且

所述导电金属球壳的材质为铜、银或两者的混合。