[发明专利]基于环糊精包结物的超分子陶瓷前驱体及其制备方法

说明书

本公开提供了一种基于环糊精包结物的超分子陶瓷前驱体及其制备方法。本公开提供的基于环糊精包结物的超分子陶瓷前驱体根据下述的制备方法制备得到：将元素高分子溶解在溶剂中，配制成元素高分子溶液；将环糊精溶解在溶剂中，配制成环糊精溶液；将元素高分子溶液和环糊精溶液按一定比例混合，搅拌均匀，形成包结物沉淀；以及将包结物沉淀进行分离、干燥，获得基于环糊精包结物的超分子陶瓷前驱体。

技术领域

本公开涉及一种基于环糊精包结物的超分子陶瓷前驱体及其制备方法。

背景技术

陶瓷是指用天然或合成化合物经过成形、高温烧结等过程制成的一类无机非金属材料，具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点，可用作发动机在内的各种热机材料、电池发电部件材料、核聚变反应堆护壁材料、无公害的外燃式发动机材料等，与高性能分子材料、新金属材料、复合材料并列为四大新材料。

除此之外，陶瓷材料还具有独特的力学、热学、电学、化学和光学特性。作为结构陶瓷的典型代表材料，基于氧化铝、氮化硅、碳化硅的陶瓷具有优异的耐高温性，被广泛应用于火箭尾喷管喷嘴、热电偶套管、炉管等高温下工作的部件、高温下的热交换器材料、以及高硬度和耐磨性的砂轮和磨料等。为了进一步实现对结构陶瓷性能的调控和优化，研究人员做了大量陶瓷结构与性能之间的关系研究，得出内部微结构(微晶晶面作用，多孔多相分布情况)与力学性能的关系，陶瓷材料性能(如光，电，热，磁)与成形的关系，以及其与粒度分布、胶着界面的关系也得到发展。然而，由于陶瓷前驱体种类单一，烧结过程交联化呈三维无序化，制备的陶瓷微观形貌不可控，且通常呈各向同性的特性，而因为无法实现微观形貌的调控，如规整的取向结构，从而无法实现陶瓷具有各向异性的力学性能、导热性能或电导性等。而陶瓷的各向异性，如在陶瓷径向和纵向表现出截然不同的热导率，则可望实现陶瓷的定向导热(散热)，同时又能避免另一垂直方向的热量散失。另一方面，陶瓷前驱体的匮乏严重阻碍了对陶瓷结构的设计和性能调控研究。如果能像有机高分子那样具有无数种类的可能，则能实现材料性能的设计和调控。

另一方面，基于环糊精的超分子体系是近年来发展起来的一种典型的超分子体系，具有刺激响应、结构可逆等独特性能。而环糊精自身作为超分子主体分子，可以与多种小分子、高分子作用形成包结物，提高目前分子的稳定性和持久性，因而被广泛应用于医药、生物、食品、化妆等领域。将环糊精超分子体系引入到陶瓷前驱体中，有望依靠环糊精的自组装功能，实现陶瓷前驱体的有序排列(取向)，并抑制线形前驱体侧链之间的副反应，从而实现陶瓷结构的精确调控和性能设计，例如出现具有聚合物材料一样的柔韧性同时维持陶瓷的高强度。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供了一种基于环糊精包结物的超分子陶瓷前驱体及其制备方法。

根据本公开的一个方面，一种基于环糊精包结物的超分子陶瓷前驱体的制备方法，其包括将元素高分子溶解在溶剂中，配制成元素高分子溶液；将环糊精溶解在溶剂中，配制成环糊精溶液；将元素高分子溶液和环糊精溶液按比例混合，搅拌均匀，形成包结物沉淀；以及将包结物沉淀进行分离、干燥，获得基于环糊精包结物的超分子陶瓷前驱体。

根据本公开的至少一个实施方式，元素高分子包括聚硅碳烷、聚硅碳硼烷、聚硅碳氮烷、聚硅氮烷、聚硅硼氮烷、含金属聚硅碳烷的任意一种、任意两种或两种以上的混合物。

根据本公开的至少一个实施方式，环糊精包括α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精或其衍生物。

根据本公开的至少一个实施方式，溶剂包括烷烃、烯烃、芳香族有机溶剂、杂环有机分子、二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基亚砜(DMSO)。

根据本公开的至少一个实施方式，元素高分子溶液的质量浓度为1％～30％；以及环糊精溶液为饱和溶液。

根据本公开的至少一个实施方式，按比例混合为将元素高分子溶液与环糊精溶液按1:10～1:1的体积比混合。