[发明专利]一种具有双球壳中空结构的多组分中空微球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种具有双球壳中空结构的多组分中空微球，所述中空微球为核壳结构，核为空腔，壳为双层壳结构，包括内部球壳和外部球壳；其中，内部球壳的组成为碳；外部球壳中包括连续相和分散在所述连续相中的分散相，连续相的组成为无定形碳，分散相的组成为金属银颗粒和氧化铁颗粒。其可解决目前高性能吸波剂的成型和性能调控方面尚存在分级设计和协同调控困难、阻抗匹配和损耗能力无法高效兼顾、制备工艺复杂等问题。本发明还公开了该多组分中空微球的制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及功能材料领域。更具体地，涉及一种具有双球壳中空结构的多组分中空微球及其制备方法和应用。

背景技术

电子设备的广泛使用产生大量电磁波，这些电磁波遍布于人们生活的各个角落，对于精密仪器的正常运转和人体健康产生巨大威胁。鉴于此，电磁波吸收与屏蔽材料被广泛应用于电磁波的防护。对于局域的电磁屏蔽而言，通过高导电或高导磁材料将电磁波挡在被保护区域外，即可实现被保护区域内部的电磁防护。然而，此类防护中，由于电磁波在防护材料表面发生了直接反射，虽可保护其内部区域不受影响，却造成了严重的二次污染。这些不断反射叠加的电磁波会造成更为严重的影响。相对而言，采用高性能电磁波吸收材料将入射的电磁波能量转换为其他形式(如热能)而耗散掉，则是更为有效的实现电磁波防控的方法。

鉴于此，研究人员已经在高性能电磁波吸收材料(吸收剂)方面投入大量精力，已开发出多种不同化学组成和损耗机制的电磁波吸收剂，如磁性金属、氧化铁、导电金属、导电聚合物、功能陶瓷等。不同于将直接电磁波反射的屏蔽材料，电磁波吸收材料需要兼顾阻抗匹配和损耗能力(综合电磁特性)。阻抗匹配的目的在于实现入射电磁波尽可能的进入吸波材料内部，而非发生表面区的直接反射造成二次污染。同时，进入吸波材料内部的电磁波若无法在材料内部实现有效耗损，将会进一步穿透材料，导致无法实现电磁波的屏蔽或吸收。因此，兼顾阻抗匹配和损耗能力的吸波剂的设计是开发高性能电磁波吸收材料的关键。目前研究人员在通过化学组成和结构的设计调控吸波剂的综合电磁特性方面取得一些进展。然而，目前高性能吸波剂的成型和性能调控方面尚存在分级设计和协同调控困难、阻抗匹配和损耗能力无法高效兼顾、制备工艺复杂等问题，制约了高性能吸波剂的批量制备和应用开发。

发明内容

基于以上问题，本发明提供一种具有双球壳中空结构的多组分中空微球及其制备方法和应用，以至少解决目前高性能吸波剂的成型和性能调控方面尚存在分级设计和协同调控困难、阻抗匹配和损耗能力无法高效兼顾、制备工艺复杂等问题。

一方面，本发明提供一种具有双球壳中空结构的多组分中空微球，所述中空微球为核壳结构，核为空腔，壳为双层壳结构，包括内部球壳和外部球壳；

其中，内部球壳的组成为碳；

外部球壳中包括连续相和分散在所述连续相中的分散相，连续相的组成为无定形碳，分散相的组成为金属银颗粒和氧化铁颗粒。

该中空微球中，空腔结构和球壳内的异质组分可以引入丰富的界面，实现入射电磁波的多重散射和耗散，并通过金属银颗粒、氧化铁颗粒和碳材料的界面极化、介电、漏导、磁损耗等机制耗散电磁波，实现吸波性能提升。

进一步地，所述中空微球的粒径为5-40μm，空腔直径为3-30μm。

进一步地，所述内部球壳的厚度为0.5-2μm；所述外部球壳的厚度为0.2-1μm。

进一步地，所述金属银颗粒的粒径为5-100nm，其在该中空微球中的质量百分含量为5-20wt％；

所述氧化铁颗粒的粒径为8-70nm，其在该中空微球中的质量百分含量为5-20wt％。

进一步地，所述外部球壳中，金属银颗粒和氧化铁颗粒由初始加入的金属硝酸盐热分解转化而来，外部球壳的碳由水溶性小分子碳源碳化得到。

进一步地，所述内部球壳中，碳由酚醛微球热解碳化得到。