[发明专利]一种具有空腔的三维核壳结构复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有空腔的三维核壳结构复合材料的制备方法，该制备方法为：将可聚合的填充材料通过化学方法均匀地包裹在颗粒状材料的外层，得到核@夹层颗粒；将热塑性或热固性高分子材料溶解于有机溶剂中，得到混合物；后将所述核@夹层颗粒与所述得到的混合物在超声震荡下混合均匀，蒸发干燥，得到核@夹层颗粒与热塑性或热固性高分子材料的混合粉末；将所述得到的核@夹层颗粒与热塑性或热固性高分子材料的混合粉末通过热压、辊压或涂布的方式成型，得到成型件；将所述得到的成型件通过溶解法或腐蚀法去除所述可聚合的填充材料，得到具有空腔的三维核壳结构复合材料。本发明制备方法获得的具有空腔的三维核壳结构复合材料具有良好的韧性、耐冲击性、有序性、稳定性，可广泛应用于电池、储能、纳米发电机、催化等领域。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种具有空腔的三维核壳结构复合材料、其制备方法及其应用。

背景技术

核壳结构复合材料是一种新型纳米或微米尺度的复合材料，由一种材料通过化学键或其他作用力(化学合成方法)将另一种颗粒材料包覆起来，形成形状尺寸均一的材料。这种结构可以整合所述两种材料的性质，从而增强了复合材料的综合性能。

具有空腔的三维核壳结构，不仅具有良好的柔韧性和冲击韧性，而且保持了不同种材料之间的独立性和灵活度。在这种结构中，其高分子材料的外壳可以约束内部核心颗粒材料的位置并且阻止内核与外界的物质接触，从而保证了复合材料的性能的稳定性和分散性，而核心颗粒粒子依然保持灵活性，在微孔中进行机械运动从而传递电荷。上述这种具有空腔的三维核壳结构在催化、电池、气体存储、储能等方面有广阔的应用前景。

目前，中国专利CN 104086720公开了一种带有空腔的双壳层结构纳米复合粒子的制备方法，其主要公开了一种具有空腔的核壳结构颗粒的制备方法，该制备方法所得到的复合粒子在韧性、耐冲击性、有序性、稳定性方面均存在不足之处。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种具有空腔的三维核壳结构复合材料、其制备方法及其应用。本发明采用可聚合的填充材料占位-移除法得到三维结构中的空腔，成型出网状的三维立体结构，以此获得具有空腔的三维壳核结构的复合材料，本发明制备方法获得的具有空腔的三维核壳结构复合材料具有良好的韧性、耐冲击性、有序性、稳定性，可广泛应用于电池、储能、纳米发电机、催化等领域。

用于实现上述目的的技术方案如下：

本发明提供一种具有空腔的三维核壳结构复合材料的制备方法，该制备方法为：将可聚合的填充材料通过化学方法均匀地包裹在颗粒状材料的外层，得到核@夹层颗粒；将热塑性或热固性高分子材料溶解于有机溶剂中，得到混合物；后将所述核@夹层颗粒与所述得到的混合物在超声震荡下混合均匀，蒸发干燥，得到核@夹层颗粒与热塑性或热固性高分子材料的混合粉末；将所述得到的核@夹层颗粒与热塑性或热固性高分子材料的混合粉末通过热压、辊压或涂布的方式成型，得到成型件；将所述得到的成型件通过溶解法或腐蚀法去除所述可聚合的填充材料，得到具有空腔的三维核壳结构复合材料。

在一个实施方案中，本发明所述的具有空腔的三维核壳结构复合材料的制备方法中，所述可聚合的填充材料选自聚苯乙烯、二氧化硅和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种以上。

在一个实施方案中，本发明所述的具有空腔的三维核壳结构复合材料的制备方法中，所述颗粒状材料选自粒径为10nm～10μm的Au颗粒、Ag颗粒、Fe₃O₄颗粒、BaTiO₃颗粒、ZrO₂颗粒、Al₂O₃颗粒、ZnO颗粒、SiO₂颗粒和TiO₂颗粒中的一种。