[发明专利]一种SiO2/ZrO2/Al2O3复合纳米空心球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种SiO₂/ZrO₂/Al₂O₃复合纳米空心球材料的制备方法。

背景技术

纳米级空心微球由于其密度小、比表面积大、热稳定性和表面渗透性好以及卓越的量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等性能受到越来越多的关注和研究。同时，纳米级空心微球在高温下具有高强、高韧、高稳定性等性能在电子封装材料、高分子复合材料、陶瓷材料、橡胶、塑料、涂料、油漆、密封胶等领域具有潜在应用。

目前，制备纳米级空心微球材料的主要方法有：（1）去除模板法：其通过控制前驱体在核膜板表面的沉淀或反应，形成表面包覆的核/壳结构，最后加热或化学反应去除核膜板，形成纳米/微米尺度的空心微球。《高分子材料科学与工程》（2010年，第一期，第137-139页）南京大学吴石山课题组利用聚（苯乙烯-共4-乙烯基吡啶）粒子模板成功合成出纳米尺度的空心SiO₂微球。（2）微乳液法：利用目标产物的前驱体在液滴表面水解生成相应的氢氧化物或含水氧化物，经过缩聚反应形成稳定的胶体粒子包覆在乳液液滴表面，形成乳液/凝胶的核壳结构，通过加入水和丙酮及其他有机溶剂，分离产物和微乳液，煅烧去除表面活性剂和有机溶剂能到具有介孔孔道的纳米级空心球。美国《朗缪尔》（Langmuir, 2000年，第16卷，第8285-8290页）Mckelvey小组采用此法合成出直径120nm，壳厚10nm的聚合物空心球。（3）喷雾反应法：用水、乙醇或其他溶剂将目标前驱体配成溶液，通过喷雾装置将溶液雾化，雾化液经过喷嘴形成液滴进入反应器中，液滴表面的溶剂迅速蒸发，溶质发生热分解或燃烧等化学反应，沉淀形成空心球结构。美国《先进材料》（Advanced  materials,2001年，第13卷，第1620-1624页）Tartaj小组用该法制备了直径在50-250nm的SiO₂/Fe₂O₃复合空心球，美国《化学材料》（Chemistry materials, 1998年，第10卷，第3780-3782页）Sasaki等人采用同样的方法成功合成出50nm的TiO₂空心球。

经广泛检索，SiO₂/ZrO₂/Al₂O₃复合纳米空心球尚未有公开发表和相关报道。复合型中空微球材料不仅具有单一空心微球的各种特性外，还具有复合及协同功能，《现代化工》（2009年，第29卷，第6期，第37-41页）白波课题组采用酵母菌生物模板合成出Ti-W-Si复合空心微球，由于该方法制备成本高，产品成球率低，壳层包裹不完全导致三元体系下纳米级复合中空微球鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微球尺寸和粒径分布均匀，分散性好且强度高的SiO₂/ZrO₂/Al₂O₃复合纳米空心球制备方法，空心球的密度≤0.2g/cm³，抗压强度≥500MPa，粒径大小为100~500nm，该方法工艺流程简单，制备周期短，能耗少，成本低，有利于工业化生产及大规模应用。