核壳结构纳米复合材料的研究进展

　3国家自然科学基金项目(50471061)　张小塔:男,硕士生,从事纳米材料制备研究　Tel :0272872543840　E 2mail :zhangxiaota2004@https://www.docsj.com/doc/e96882671.html, 宋武林:通信作者,教授,博导,从事纳米材料制备及应用、材料表面改性等方面研究　E 2mail :wulins @https://www.docsj.com/doc/e96882671.html,

核壳结构纳米复合材料的研究进展3

张小塔,宋武林,胡木林,谢长生,郭连贵

(华中科技大学材料科学与工程学院模具技术国家重点实验室,武汉430074)

摘要 纳米粒子由于具有大量的潜在应用,近年来已引起人们极大的关注。通过制备具有核壳结构的纳米复合材料可以使其获得更多特殊的性质。综述了最近几年制备壳核结构纳米粒子的方法,根据其核、壳的不同材料分了4类,并对其中某些方法进行了比较,同时指出了目前该领域的应用前景、存在的不足和今后的研究发展方向。

关键词 核壳结构　纳米复合材料　研究进展

R esearch and Development of Core 2shell N anocomposites

ZHAN G Xiaota ,SON G Wulin ,HU Mulin ,XIE Changsheng ,GUO Liangui

(State Key Lab of Die &Mould Technology ,Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074)

Abstract Nanoparticles have received much attention because of their potential applications.By preparing

core 2shell nanocomposites ,many special properties can be obtained.In this paper ,the preparations of several kinds of core 2shell nanoparticles are reviewed ,of which they are divided into four types according to the materials of cores and shells ,and several kinds of fabrication methods are compared here.At the same time ,the application prospect in this field ,the deficiencies at present and the research direction in the future are also indicated.

K ey w ords core 2shell structure ,nanocomposites ,research progress

0　引言

设计和可控构筑具有核壳结构的纳米复合材料是最近几年材料科学前沿的一个日益重要的研究领域[1]。这类材料作为构筑新颖功能化材料之所以受到研究者的青睐是因为它们具有许多独特的性质,例如:单分散性、核壳的可操作性、稳定性、可调

控性、自组装和涉及光、电、磁、催化、化学和生物反应的能力。因此通过合理的设计实验条件可以在很大程度上对复合纳米材料的许多性质加以调控。核壳纳米材料主要包括无机2有机、无机2无机、有机2有机和有机2无机等几个类型。本文主要综述核壳结构复合纳米材料的最新研究进展。

1　核壳结构纳米复合粒子的研究进展

很多情况下,通常采用超声化学法和种子生长法在核的表面直接沉积壳层的物质得到核壳结构。但是这种方法需要考虑

核和壳物质之间的相关性质,比如说晶格匹配等问题。

在不能直接包覆的情况下,有两条比较经典的途径:(1)通过耦合剂的作用,即通过某种物质的化学键把核和壳连接起来;(2)通过LBL (layer 2by 2layer )技术,即用不同电荷的材料交替包覆上去,一般的是先沉淀一层负电荷材料,然后再包覆带正电荷的材料[2]。第二种方法的最大优点是层与层之间的作用通过正负电荷的作用来实现,相对于第一种方法对材料本身没有太高的要求,缺点则是多步骤的作用可能使一些小球没有被包覆进去,且静电之间的作用力比较弱。

1.1　无机2无机核壳结构纳米复合粒子

覆盖的无机物层通常是二氧化硅、金属硫化物、二氧化钛、

氧化锆和一些贵金属。例如,Ohmori 等[3]

优化了覆盖条件,利用正硅酸乙酯(TEOS )在22丙醇溶液中的水解得到了二氧化硅覆盖的锭子状α2Fe 2O 3粒子。适当地控制TEOS 水解条件就可以得到粒径分布相当均匀的二氧化硅覆盖的α2Fe 2O 3粒子。

Trindade 等[4]则利用沉积的方法制备了硫化铬覆盖的二氧化硅

粒子。他们首先利用St ber 方法得到单分散的二氧化硅纳米粒子,然后加入铬的配合物并且在氮气保护下回流一定时间,从而得到硫化铬覆盖的二氧化硅粒子。

Yang 等[5]则用氧化SiCl 4的方法在Sn 的表面制得了SiO 2

壳层。不过,得到的颗粒形状比较奇特,有长方体的、立方体的、球形的,还有不规则的。有人用类似的方法由TiCl 4制备TiO 2来包覆SiO 2小球,实践证明这种途径是不可行的,得到的是包裹不完全的核壳结构,且不规则。反过来,在SiO 2小球外包覆一层Au 是可行的。SiO 2小球表面先用A PS 进行改性,再吸附一层Au 胶粒,然后以Au 胶粒为核,在K 2CO 3、氨水存在的条件下还原HAuCl 4,最后在SiO 2小球表面长出一层金壳[6]。

核壳结构的双金属纳米粒子(尤其是贵金属如Au 、Ag 、Pt 、Ru 等)也受到人们越来越多的关注。Au 2Pt 或Pt 2Au 纳米粒子在催化方面表现优异而受到普遍关注。在制备出Au 和Pt 纳米粒子后,可以直接把壳层物质Pt 和Au 还原沉积到核上去[7]。Pt 沉积到Au 核上是各向同性的,而且这个过程是由动力学控制的。Pt 层的生长受到Pt 先驱体浓度与Pt 的摩尔质量

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902?核壳结构纳米复合材料的研究进展/张小塔等

和密度的控制[8]。这种沉积的壳层结构可能为表面点缀结构或完全包覆结构[9]。这是因为要考虑一个重要参数————晶格参数,即在核和壳的界面要晶格匹配。如果不匹配的话,在壳层生成的过程中就会产生应力,从而在核的表面产生大量的错位和缺陷,导致二次成核和不均匀的壳层[10]。

利用纳米粒子之间的静电相互作用通过组装技术把不同粒径的金属纳米粒子构筑成具有特殊光、电和催化性质的核壳结构材料是目前材料研究中的一个热点[11～14]。例如,Homola 等[11]报道了利用小的二氧化硅球覆盖γ2Fe2O3粒子。这种方法主要是利用了二氧化硅纳米粒子和γ2Fe2O3粒子带相反的电荷,因此在混合的情况下,小的二氧化硅纳米粒子便通过静电吸引组装到γ2Fe2O3粒子表面。这种纳米粒子具有好的单分散性并且很少聚集。利用LBL组装技术可以在大的粒子表面得到纳米复合多层。目前已经有几个实验小组利用上述技术成功地构筑了核壳结构材料。例如,Keller等[12]在(三氨丙基)三甲氧基硅烷修饰的二氧化硅球表面制备了磷酸锆和聚合物交替层。Caruso[13,14]则在微球表面得到了纳米尺度内可控的覆盖层(包括二氧化硅、氧化铁或银纳米粒子)。

无机2无机核壳结构在半导体材料中的应用也日益受到人们的青睐。利用反胶团法合成CdS纳米微粒[15],并以ZnS对其进行表面修饰,得到具有CdS2ZnS包覆结构的纳米微粒,以紫外2可见吸收光谱(UV)证实了CdS2ZnS核壳结构的实现并表征了其光学特性。根据半导体能带相对位置的不同,无机2无机核壳型纳米复合微粒分为两类:一类是由宽带隙半导体(绝缘体)为壳,窄带隙半导体为核,例如:CdSe2CdS、CdSe2ZnS等。该体系显著提高发光效率和光稳定性,缩短荧光寿命等。另外一种是以窄带隙半导体为壳,宽带隙半导体为核[16],如CdS2Ag2S、CdS2HgS等。这种体系可以提高电荷分离效率,并表现出强的非线性光学性质。

1.2　无机2有机核壳结构纳米复合粒子

无机2有机核壳结构纳米粒子制备方法有乳液聚合法、界面聚合法、凝聚相分离法、干燥浴法等[17]。

在这个领域,SiO2小球是最为普遍的一种无机材料,这是因为:(1)合成SiO2小球比较简单,是一项比较成熟的技术;(2)基于SiO2小球的体系应用前景十分广阔。

氨基改性过的SiO2小球(粒径为几个微米)用戊二醛再次改性后,与氨基改性过的聚苯乙烯(PS)小球(粒径为100～200nm)反应得到小球吸附于大球的模型,然后再在1,22亚乙基二醇的作用下,加热到170～180℃到达PS的玻璃化转变温度,使PS流动包覆到SiO2小球整个表面,这是Fleming等[18]制备SiO22PS小球的方法。他们还用另一种类似但更为复杂的方法制得到了SiO22PS小球。戊二醛改性过的SiO2小球(氨基改性过)用维生素H2磺基琥珀酰亚胺酯作为耦合剂,与PS小球反应得到同样的小球吸附于大球的模型,然后采用是同样的处理方法。这两种方法得到的SiO22PS小球表面不光滑,有很多沟壑。用相反转乳化的方法[19]把环氧树脂(F244)包覆到SiO2表面得到较为均一的SiO22F244小球。根据形貌学原理,纳米粒子没有改性的必要就可以得到单分散性比较好的单个颗粒,这种方法或许可以推广到所有纳米粒子,不管其是否经过表面改性。龙复等[20]用羟丙基甲基纤维素(HPMC)处理硅溶胶粒子,采用乳液聚合法合成了SiO22PMMA复合粒子。

金属氧化物也可以作为核,但很多金属氧化物易水解且在水中易聚集,这在一定程度上限制了包覆金属氧化物核。在氧化物小球表面先用LBL技术吸附一层或多层聚电解质,可以比较好地解决这个问题。因为包覆一层聚电解质有几个优点:(1)聚电解质层可以比较薄(1～2nm)[21];(2)可以作为纳米反应器继续包覆其它材料;(3)可以阻止小球聚集(静电作用)。Wang 等[22]把油酸包覆过的Fe2O3纳米粒子用22溴222甲基丙酸(Br2 MPA)改性后分散于苯乙烯单体中,通过原子转移自由基聚合(A TRP)得到Fe2O32PS纳米粒子。此外,采用乳液聚合法,通过直接包覆法或预处理包覆法,还可以制备出以CuO、ZnO、Ag2O、Al2O3等无机粒子为核的多种核壳式无机2有机纳米复合粒子[23]。

1.3　有机2无机核壳结构纳米复合粒子

有机2无机核壳结构纳米粒子可以由两步合成[24]:第一步,首先在甲基丙烯酸(MAA)存在下乳液聚合甲基丙烯酸丁酯(BMA),得到乳胶粒子;第二步,把三类不同的无机粒子分别包覆在乳胶粒上从而制备出核壳结构的纳米粒子。这些无机物分别为碳酸钙、氧化铝和硅石。

在这一领域,PS,不仅仅是因为苯乙烯单体容易得到,而且合成PS小球的技术已经比较完善。TiO2包裹的小球在催化剂、涂料等方面有着广泛的应用,受到人们的普遍关注。但是,要在聚合物表面包覆一层TiO2比较困难,因为TiO2前驱体反应活性高,很难对它的沉淀进行控制,容易形成核聚集或生成游离的TiO2颗粒[25]。可以用乙醇作溶剂,将水解四异丙醇钛包覆到PS纳米小球(带正电)上去的方法来制备PS2TiO2小球。因为生成的TiO2略带负电荷,反应进行得比较快,但还是有严重的核聚集现象。加入少量的PV P、NaCl可以较好地缓解这种现象。另一种方法是在含有以Ni为核的PS小球的正丁醇、无水乙醇混合溶剂中逐滴加入丁氧(醇)钛的正丁醇溶液,再搅拌回流8h,即可得到比较光滑的PS2TiO2小球[26]。令人惊奇的是,纳米级TiO2小薄片也可以包覆到PS(或PMMA)小球表面,得到规则的核壳结构。这种方法可以很好地控制得到超薄的TiO2壳层[27],而且可以在用聚电解质改性以后,多次包覆TiO2薄片到自己想要的厚度。

通过溶胶2凝胶过程可以把带负电荷的TiO2凝胶颗粒吸附到带正电荷的PS小球表面,然后洗去游离的TiO2小球,得到TiO2小球吸附于PS大球的模型[28]。用类似的方法可以得到SiO2小球吸附于PS大球的模型[29]。甚至可以先吸附大一点的SiO2小球(70～100nm),再吸附小一点的SiO2小球(10～20nm)。

用浓硫酸对PS小球表面进行磺化,通过控制温度和反应时间可以控制磺化层的厚度,通过水解TEOS,把SiO2包覆到PS小球表面,并且SiO2是沉积在磺化层中的。这种方法可以得到一系列核径不同而壳外径相同的PS2SiO2小球[30]。如果在磺化后,先把苯胺聚合到磺化层,再水解TEOS得到SiO2沉积到磺化层中,就可以得到SiO22PANi(聚苯胺)复合壳层[31]。

Shiho等[32]在有PV P、尿素和盐酸存在的条件下,水解陈化FeCl3生成Fe3O4包覆到PS小球表面,得到磁性材料。调节尿素和盐酸的浓度,控制体系反应前后的p H值,可以得到比较光滑的Fe3O4壳。随着尿素浓度的变大,壳也随之变厚,同时也会影响到壳的光滑程度。

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?材料导报 2006年11月第20卷专辑Ⅶ

用PS为核来包覆无机材料(半导体材料、稀土元素掺杂物等),可使其拥有某些光学性能。在PS小球表面组装PA H2PSS 层,使小球(粒径为640nm)表面带正电荷,Hg Te微胶束水溶液加入其中反应1h,可以得到PS2Hg Te小球,对其进行堆积可以得到光子晶体[33]。这样不仅可以改变PS小球的粒径,而且有效地增强了折射指数,使光子禁带能系统地红移。由于Hg Te 在近红外有强发射,与PS2Hg Te小球堆积得到的光子晶体的禁带正好重合,Hg Te光致发光效率得到明显加强。而Breen 等[34]用硫代乙酸铵与乙酸锌反应得到ZnS,超声沉淀到羰化的PS小球表面,制备了PS2ZnS小球。由于ZnS与PS的折射率相差比较大,同样可以形成光学禁带。

1.4　有机2有机核壳结构纳米复合粒子

在PS小球上包覆一层导电高分子,可以使其附加上电学性能。Barthet等[35]用苯胺单体聚合包覆到PS小球上去,研究了反应温度对聚苯胺表面形貌以及表面形貌对导电性能的影响。按照Stejskal等[36]的研究:温度越低,得到的PANi表面越规则、光滑。Barthet等[35]却得到了与之相反的结论:温度对PANi的表面形貌几乎没有影响;甚至25℃时得到的聚吡咯(PPy)表面比0℃时得到的PANi表面越规则、光滑。包覆了PPy的PS小球比包覆了PANi的PS小球的导电性好,而PPy 粉末与PANi粉末的导电性却差不多,证明了表面形貌确实对导电性有一定影响,即光滑的表面导电性更好。

改变纳米小球的光学性能也是很多人追求的目标。把聚苯乙烯和水溶性的紫罗烯单体(含有芴结构)(PI)包覆到PS小球上,再用FeCl3使之交联。通过比较交联前后样品的光致发光光谱,可知交联前的样品在310nm和320nm处有两个峰,是溶液中的PI中的芴结构的特征峰[37];在350～450nm间的宽峰则是PI中聚集在一起的芴所表现出来的。交联后的样品在310nm和320nm处的两个峰几乎完全消失了;一个新的宽峰在380～500nm(中心位置大约在422nm)间出现————这是典型的寡聚芴发射峰[38]。

于建等[39]考察了聚丙烯酸丁酯2聚苯乙烯(PBA2PS)以及聚丙烯酸丁酯2聚甲基丙烯酸甲酯(PBA/PMMA)交联核壳结构纳米高分子微球的制备方法。结果表明,采用饥饿态加料方式加入第二单体不仅可以使微球具有较高的产率和凝胶率,而且可以使其具有更理想的核壳结构和更窄的粒径分布。将合成出的PBA2PMMA核壳粒子对尼龙6基体进行复合,可以在基体中形成良好的分散,在保持材料强度的同时有效地提高了其刚性和韧性。

2　展望

核壳结构的纳米复合粒子自出现以来,一直是人们研究的热点,以前的研究主要集中在核壳聚合物粒子领域,现在的研究深入到内核或外壳为聚合物、氧化物、贵金属等,在化工、电子和微电子技术、军事、食品、医学、免疫学等领域有着重要而广阔的应用前景。作为一种新型的复合材料,它必将受到人们越来越多的重视。但目前纳米核壳结构的制备工艺尚不够完善,形成机理认识不够深入。该领域的研究重点主要集中在以下几个方面:(1)通过结构方面的研究,完善核壳结构粒子的形成机理;

(2)通过调节复合粒子的结构、形态和大小,使结构和物质组成多元化,粒径与形态特殊化,进一步开拓材料性能;(3)深入研究表征核壳结构纳米复合粒子的新技术;(4)进一步拓宽研究开发体系,改进合成方法,使应用得以产业化,更好地满足人们的需求。

参考文献

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27Wang J Z,et al.Chem Mater,2002,14:4827

28Caruso R A,et al.Chem Mater,2001,13:400

29Rhodes K H,et al.Chem Mater,2000,12:2832

30Yang Z Z,et al.Macrol Mater Eng,2002,287:627

31Niu Z W,et al.Adv Funct Mater,2003,13:949

32Shiho H,Kawahashi N1J Colloid Interf Sci,2000,226:91 33Wang D Y,Rogach A L,Caruso F.Chem Mater,2003, 15:2724

34Breen M L,et https://www.docsj.com/doc/e96882671.html,ngmuir,2001,17:903

35Barthet C,et https://www.docsj.com/doc/e96882671.html,ngmuir,1998,14:2032

36Stejskal P,et al.Macromolecules,1996,29:6814

37Mikyoung P,Xia C J,Advincula R https://www.docsj.com/doc/e96882671.html,ngmuir,2001, 17:7670

38Klaerner G,Miller R D.Macromolecules,1998,31:2007 39曾重,于建,郭朝霞,等.高分子学报,2005,6(12):813

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核壳结构纳米复合材料的研究进展/张小塔等

纳米核壳结构简介

核壳结构微纳米材料应用技术 摘要 (2) 1核壳型纳米粒子的定义及分类 (2) 1.1 核壳型纳米粒子定义 (2) 1.2 核壳型纳米粒子分类 (2) 2 核壳结构微纳米材料形成机理 (3) 3有机—有机核壳结构微纳米材料制备 (3) 3.1乳液聚合法 (3) 3.2悬浮聚合法 (3) 4有机—无机核壳结构微纳米材料制备 (4) 4.1无皂聚合法 (4) 4.2化学共沉淀法 (4) 5无机—无机核壳结构微纳米材料制备 (4) 5.1种子沉积法 (5) 5.2水热法 (5) 6 核壳结构微纳米材料的应用 (6) 6.1 核壳结构微纳米材料的医学应用 (6) 6.2 核壳结构微纳米材料作为催化剂 (6) 参考文献 (7)

摘要 纳米科学被认为是21世纪头等重要的科学领域，它所研究的是人类过去从为涉及的非宏观、非围观的中间领域，使人们改造自然的能力延伸到分子、原子水平，标志这人类的科学技术进入了一个新的时代。纳米结构由于既有纳米微粒的特性如量子效应、小尺寸效应、表面效应等优点，又存在由纳米结构组合引起的新效应，如量子耦合效应和协同效应等，而且纳米结构体系很容易通过外场（电、磁、光）实现对其性能的控制。核壳型纳米微粒由于表面覆盖有与核物质不同性质纳米粒子，因此表面活性中心被适当的壳所改变，常表现出不同于模板核的性能，如不同的表面化学组成、稳定性的增加、较高的比表面积等，这些粒子被人为设计和可控制备以满足特定的要求。 关键词：纳米核壳纳米材料的应用 1核壳型纳米粒子的定义及分类 1.1 核壳型纳米粒子定义 核壳型纳米粒子是以一个尺寸在微米至纳米级的球形颗粒为核，在其表面包覆数层均匀纳米薄膜而形成的一种复合多相结构，核与壳之间通过物理或化学作用相互连接。广义的核壳材料不仅包括由相同或不同物质组成的具有核壳结构的复合材料，还包括空球、微胶囊等材料。 核壳型复合微球集无机、有机、纳米粒子的诸多特异性质与一体，并可通过控制核壳的厚度等实现复合性能的调控。通过对核壳结构、尺寸剪裁，可调控它们的磁学、光学、电学、催化等性质，因而有诸多不同于单组分胶体粒子的性质。他在材料学、化学组装、药物输送等领域具有极大的潜在应用价值。 1.2 核壳型纳米粒子分类 (1)无机—无机核壳结构微纳米材料:核壳均为无机材料的复合微纳米材料。 (2)无机—有机核壳结构微纳米材料:核为有机材料，壳为无机材料的复合微纳米材料。 (3)有机—无机核壳结构微纳米材料：核为无机材料，壳为有机材料的复合微纳米材料。 (4)有机—有机核壳结构微纳米材料：核壳均为有机材料的复合微纳米材料。 (5)复杂核壳结构微纳米材料：具有多层核壳结构，核壳多分分分别为有机或者无机材料。

粒子物理与原子核物理专业硕士研究生培养方案

粒子物理与原子核物理专业硕士研究生培养方案

粒子物理与原子核物理专业硕士研究生培养方案 （学科专业代码：070202授予理学硕士学位） 一、学科专业简介 粒子物理与原子核物理专业包含如下研究方向：粒子物理、相对论重离子碰撞物理、夸克物质物理、相对论重离子碰撞实验、高能碰撞唯象学，以及高能核天体物理。本专业方向是以国内及国际大型加速器及宇宙线实验为依托，在粒子物理方向，从理论和实验两方面研究物质的最基本构成、性质、相互作用及其规律；在原子核物理方向，研究内容包括GeV至TeV能区的重离子碰撞，在理论上涉及高能重离子碰撞动力学及形成夸克物质的机理，粒子碰撞与粒子产生物理模型，夸克物质信号的预言；实验研究包括高能核－核碰撞的实验数据处理；高能核－核碰撞实验计算机模拟与物理分析；粒子探测新技术与数据获取技术研发，核电子学以及新型探测器的研发和研制，探测器软件研发及网格计算技术在实验模拟及数据分析中的应用等；目标是探寻夸克物质信号，检验格点量子色动力学（QCD）的预言，研究TeV能区的新物理。该专业方向

有长期的理论和实验研究基础，师资力量雄厚，有良好的国际国内合作环境，“粒子物理研究所”、“湖北省高能物理重点实验室”及批准建设的“夸克与轻子物理教育部重点实验室”提供了科学研究环境的有效保障。 二、培养目标 掌握坚实的粒子物理与原子核物理基础和系统的专门知识，熟悉粒子物理与原子核物理专业有关方向的国内外研究历史、现状和发展方向，掌握一门外语，具有从事科学研究、高等学校教学工作或独立担负有关专门技术工作能力，成为德智体全面发展，适应社会主义现代化需要的高层次人才。 三、研究方向简介 序号研究方向名 称 简介 1 粒子物理从理论和实验上研究物质的最基本构成、性质、相互作用及其规律 2 夸克物质物夸克物质的硬探针信号、夸克

PBA-P(MMA-ITA)核壳胶乳粒子的合成

研究与开发合成树脂及塑料，２００９，２６（６）：２７ ＣＨＩＮＡＳＹＮＴＨＥＴＩＣＲＥＳＩＮＡＮＤＰＬＡＳＴＩＣＳＰＢ胛（ＭＭＡ—ＩＴＡ）核壳胶乳粒子的合成 刘喜军田瑞霞李清 （齐齐哈尔大学化学与化学工程学院，黑龙江齐齐哈尔，１６１００６） 摘要：采用种子乳液聚合方法合成了聚丙烯酸丁酯（ＰＢＡ）／聚（甲基丙烯酸甲酯一衣康酸）［Ｐ（ＭＭＡ一１ＴＡ）］核壳乳胶粒子，并用透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、差示扫描量热仪及非水酸碱滴定等对其进行了表征。结果 表明：核壳乳胶粒子平均粒径为３３０ｎｍ，其中，ＰＢＡ核平均粒径为２９０ｒｉｍ；通过接枝共聚物Ｐ（ＭＭＡ—ＩＴＡ）实现了核 壳间的化学键连接。 关键词：聚丙烯酸丁酯聚（甲基丙烯酸甲酯一衣康酸）种子乳液聚合核壳结构胶乳粒子 中图分类号：ＴＱ３２５．２文献标识码：Ｂ文章编号：１００２—１３９６（２００９）０６—００２７—０４ 采用核壳型增韧剂增韧聚酰胺（ＰＡ）６是一个新的发展方向，优点是分散相粒子直径本身已被确定在最佳范围（２００～３００ｕｒｎ），受加工条件的影响很小【Ⅷ。目前，ＰＡ６的增韧改性体系大多是ＰＡ６／相容剂／增韧体三元共混体系。如果核壳增韧体表面就带有可反应性基团。能起到相容剂的作用．则ＰＡ６的增韧改性体系可简化为ＰＡ６／：ｔ曾韧体二元共混体系。在核壳结构聚合物的壳层引入极性官能团羧基，使之能与基体树脂ＰＡ６的端氨基发生反应，从而增强两者之间的黏结性，提高基体树脂的冲击性能。根据“粒子设计”思想，采用种子乳液聚合方法［４＿句制备了表层羧酸化核壳型弹性粒子。其中。核为适度交联的聚丙烯酸丁酯（ＰＢＡ）弹性体，壳层为甲基丙烯酸甲酯（ＭＭＡ）和带有极性基团的衣康酸（ＩＴＡ）的共聚物［Ｐ（ＭＭＡ—ＩＴＡ）］。 １实验部分 １．１原料 丙烯酸丁酯（ＢＡ），ＭＭＡ，均为工业级，天津市科密欧化学试剂开发中心生产；ＩＴＡ，青岛邶琊台集团股份有限公司生产；过硫酸铵（ＡＰＳ），分析纯，天津市天达净化材料精细化工厂生产；十二烷基磺酸钠（ＳＬＳ），化学纯，浙江永嘉精细化工二厂生产：壬基酚聚氧乙烯醚，化学纯，天津石英钟厂霸州市化工分厂生产：二乙烯基苯（ＤＶＢ），化学纯，美国Ａｄｒｉｃｈ公司生产；无水乙醇，丙酮，均为分析纯，沈阳市华东试剂厂生产。 １．２试样制备 采用预乳化半连续聚合工艺制备了ＰＢＡ／Ｐ（ＭＭＡ—ＩＴＡ）核壳乳液。ＰＢＡ核乳液的制备：首先向５００ｍＬ反应釜内加入１２０ｍＬ去离子水．当反应釜温度达到８０℃时再加入０．１５ｇ引发剂ＡＰＳ，通Ｎ：搅拌，缓慢滴加ＢＡ预乳化液，控制在３ｈ左右滴完．然后在８０℃继续反应２ｈ，得到ＰＢＡ乳液，乳液的固含量为２８．１％。如果ＰＢＡ核乳胶粒子的尺寸达不到要求，可用上述ＰＢＡ乳液为种子进行ＰＢＡ核的种子乳液聚合．合成粒径更大的ＰＢＡ核乳胶粒子。ＢＡ预乳化液的组成与制备种子乳液时的预乳化液相同，改变种子乳液用量进行实验．考察种子乳液用量对ＰＢＡ核乳胶粒子尺寸及其分布的影响。 ＰＢＡ／Ｐ（ＭＭＡ—ＩＴＡ）核壳乳液的制备：向ＰＢＡ乳液中滴加壳预乳化液，控制在２ｈ左右滴完，然后在８０℃继续反应２．５ｈ，得到ＰＢＡ／Ｐ（ＭＭＡ—ＩＴＡ）核壳乳液。将乳液取出，当温度降至６０～７０℃时加入无水乙醇破乳，经水洗、抽滤、冷冻、干燥后即得粉末状核壳粒子。保持配方和工艺条件不变，改变ＩＴＡ用量和核壳比进行对比实验。乳液的固含量为３６．９％。反应式见式（１）、式（２）。 １．３测试与表征 乳胶粒子的粒径及其分布采用珠海欧美克公 收稿日期：２００９—０５—２６；修回日期：２００９—０８—２７。 作者简介：刘喜军，１９６２年生，教授，１９８４年毕业于 黑龙江大学高分子材料与工程专业，现主要从事高分子 材料改性与成型加工方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｕｘｉｊｕｎ２００２＠ １６３．ｃｏｎ。 基金项目：黑龙江省自然科学基金资助项目（Ｎｏ．Ｂ０３０７） 和黑龙江省教育厅资助项目（Ｎｏ．１０５３１１７０）。 万方数据

核壳型纳米二氧化钛／聚合物复合粒子研究进展

核壳型纳米二氧化钛／聚合物复合粒子研究进展 综简述了核壳型纳米二氧化钛/聚合物复合粒子的形成机理，重点对纳米TiO2-核/聚合物-壳和聚合物-核/纳米TiO2-壳这2种复合粒子进行了介绍，指出了目前存在的问题和发展方向。 标签：核壳型；纳米TiO2；复合粒子；进展 随着纳米技术的发展，近年来聚合物基纳米复合材料的研究越来越活跃[1～4]。这类材料不仅有聚合物优异的成膜能力和柔韧性，还具备无机纳米粒子的热稳定性、高机械强度、催化性能以及光学性能等。 纳米TiO2除了具有和普通纳米材料一样的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应，还具有特殊的光催化能力[5]。纳米TiO2原料来源广泛、无毒、化学性质稳定，被广泛应用于太阳能电池、空气净化器、化妆品等领域。利用纳米TiO2对聚合物进行改性，使复合材料具备分解小分子污染物[6]、杀菌、除臭等能力[7]，从而在建筑材料、医疗、服装等行业有良好的应用前景。 纳米TiO2/聚合物复合粒子可以直接通过有机相和无机相的简单共混制得[8]，但是由于2相间的不相容性，难以确保无机组分不发生团聚且分散均匀。因此，需要使有机相与无机相之间有一种特殊的相互作用以确保2相能够在纳米尺度上进行复合。核壳型纳米复合材料的有机相和无机相间存在物理或者化学作用力，与共混相比稳定性和分散性都更优[9]，并且能通过设计不同的试验条件对复合材料的性能进行调控。 本文简述了核壳型纳米TiO2/聚合物复合粒子的形成机理，详细介绍了纳米TiO2-核/聚合物-壳和聚合物-核/纳米TiO2-壳这2种复合粒子的研究进展，对其未来发展做了展望。 1 石核壳型纳米TiO2/聚合物复合粒子的形成机理 1.1 化学键机理 纳米TiO2粒子在溶液中发生水合作用使表面富含羟基，为制备核壳结构的复合粒子提供了有效媒介。纳米TiO2的羟基有2种途径与聚合物相互作用，一是直接与聚合物链上所带基团（如羧基、醚基、氨基等）发生化学反应，从而使无机纳米粒子与聚合物达到纳米尺度的复合；二是引入硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂（常用的偶联剂如表1所示）以及表面活性剂等，它们与羟基反应后能使纳米TiO2粒子表面生成亲有机端，使其与有机单体更好的相容，进而使纳米TiO2被聚合物包覆形成核壳结构[10，11]。改性后的纳米TiO2还能增加粒子间的距离，大大减弱分散中的团聚现象[12，13]。Zou等[14，15]利用硅烷偶联剂γ-MPS对纳米TiO2粒子进行改性，将改性后的纳米TiO2、单体和紫外光稳定剂原位聚合，制备了耐紫外线的复合乳液，复合粒子具有较高的接枝率

双金属核壳结构

双金属核壳结构的制备及催化性能研究 摘要双金属核壳纳米结构由于具有大量的潜在应用价值，近年来已引起人们极大的关注。本文综述了水相体系还原法、多元醇体系还原法、热分解—还原法、化学镀法、胶体粒子模板法、共沉积法、电化学法、表面取代反应和表面处理等双金属核壳纳米结构的制备方法，简述了各种方法的原理、优缺点和应用情况，另外，对双金属核壳纳米结构电催化氧化、有机物加氢、催化脱氯、环境催化方面的应用作了简述。最后，对今后双金属核壳结构型的研究方向进行了展望。 关键词双金属核壳制备方法催化 1 引言 在对高性能新材料的探索过程中，纳米材料以其特殊的优异性能吸引了许多研究者的兴趣，掀起了纳米材料的研究热潮。对应用纳米技术制备具有某种功能的特性的材料来说，有必要寻求可靠、可控的方法纳米材合成料的。核壳结构纳米材料[1](core-shell nanomaterials)是指具有“核壳包裹”这种特殊原子排列方式的纳米复合材料，可看作是对原始纳米粒子的剪裁和改造，通常记作“核@壳”。金属@金属(即核壳双金属)纳米材料因其巨大的催化应用潜力而受到催化学者的广泛关注。 2 双金属核壳结构制备方法 2.1水相体系还原法 在水相中，利用不同还原剂和保护剂，通过先后两次还原不同金属形成核壳结构的纳米合金，这是目前使用最多的一种合成方法。 Yang等[ 2 ]用NaBH4还原合成Ag溶胶,再利用柠檬酸钠溶液热回流使Pt还原并沉积在Ag表面,得到红棕色Ag@Pt溶胶。Zhou等[3 ]在冰浴下,利用NaBH4还原HAuCl4制成Au 纳米溶胶,再逐滴加入H2PdC l4和抗坏血酸,得到深棕色Au @ Pd纳米溶胶。 一般地，水相中连续还原时，壳层金属通常采用较温和的还原剂(如抗坏血酸)以控制还原速率，使其更易更好地实现包覆效果，有时采用冰浴等降温手段效果更好[ 4 ]。 2.2 多元醇体系还原法 多元醇还原法是合成单金属（尤其是贵金属）纳米粒子最简便有效的方法之一，该方法也被用于制备双金属核壳结构。具体方法是：利用液相多元醇体系(多为乙二醇或1, 4-丁二醇)分散金属盐，升温回流使金属离子被多元醇还原并聚集,最终形成金属纳米粒子。该方法制备的金属纳米粒子尺度小，粒度均一，且分散性好。由于制备条件温和，过程简单，多元醇体系中的连续还原法被广泛应用于核壳结构纳米合金的制备中。Alayoglu等[5]采用多元

1 从独立粒子核壳层到原子核集体模型

1．从独立粒子核壳层模型到原子核集体模型 一个亘古不变、极具魅力的话题：自从人类有了思维，人们就开始不停地追问“我们的世界究竟由什么组成？”古希腊哲学家泰勒斯提出：水是万物的始基；赫拉克利特认为：火是万物的本原；德谟克利特则宣称：世界万物都是由不可分割的颗粒(原子)和虚空所组成。我国古代的“五行说”认为，宇宙万物皆由金、木、水、火、土构成；“元气说”则认为，客观的元气是构成宇宙万物的本原。 粒子物理学中的“标准模型”理论，经受了相当成功的实验检验，被认为是迄今为止最有效的一个唯象理论，但是这个理论仍然存在着许多基本的疑难问题有待解决。诸如希格斯粒子的存在和本质，粒子质量的来源，夸克和轻子更深层次的特征标度，标准模型更深层次上的基本规律等，都是今后主要的研究领域。寻找超出标准模型的新理论，将成为高能物理近期探索的一个重要任务核物理研究一开始，就面临着一个重要的问题，这就是核子间相互作用的性质。人们注意到，大多数原子核是稳定的，而通过对不稳定原子核的γ衰变、β衰变和α衰变的研究发现，原子核的核子之间必然存在着比电磁作用强得多的短程、且具有饱和性的吸引力。此外，大量实验还证明，质子-质子、质子-中子、中子-中子之间的相互作用，除了电磁力不同外，其它完全相同，这就是核力的电荷无关性。1935年，汤川秀树（YukawaHideki1907～1981）提出，核子间相互作用是通过交换一种没有质量的介子实现的。1947年，π介子被发现，其性质恰好符合汤川的理论预言。 介子交换理论认为，单个π介子交换产生核子间的长程吸引作用（≥3×10-13cm），双π介子交换产生饱和中程吸引作用（1～3×10-13cm），而ρ、ω分子交换产生短程排斥作用（＜1×10-13cm），π介子的自旋为零，称为标量介子，ρ、ω介子的自旋为1，称为矢量介子，它们的静止质量不为零，这确保了核力的短程性，而矢量介子的非标量性又保证了核力的自旋相关性。核力性质及核组成成分的研究，为进一步揭示原子核的结构创造了条件。 在早期的原子核模型中，较有影响的有玻尔的液滴模型、费密气体模型、巴特勒特和埃尔萨斯的独立粒子模型以及迈耶和詹森的独立粒子核壳层模型。其中最成功的是独立粒子核壳层模型。 在1948～1949年间，迈耶（Mayer，MariaGoeppert1906～1972）通过分析各种实验数据，重新确定了一组幻数，即2、8、20、28、50和82。确定这些幻数的根据是：①原子核是这些幻数的化学元素相对丰度较大；②幻核的快中子和热中子的截面特别小；③幻核的电四极矩特别小；④裂变产物主要是幻核附近的原子核；⑤原子的结合能在幻核附近发生突变；⑥幻核相对α衰变特别稳定； ⑦β衰变所释放的能量在幻核附近发生突变。在费密的启发下，迈耶在平均场中引入强的自旋-轨道耦合力，利用该力引起的能级分裂成功地解释了全部幻数的存在。接着，詹森（Jensen，Johannes Hans Daniel1907～1973）也独立地得到了相同的结果。在迈耶与詹森合著的《原子核壳层基本原理》一书中，他们利用核壳层模型成功地解释了原子核的幻数、自旋、宇称、磁矩、β衰变和同质异能素岛等实验事实。由于原子核壳层结构模型所获得的成功，及其在核物理研究中的重要作用，迈耶和詹森共同获得1963年诺贝尔物理学奖。 核壳层模型是在大量的关于核性质、核谱以及核反应实验数据综合分析的基础上提出的，它对原

核物理与粒子物理导论教学大纲

《核物理和粒子物理导论》课程教学大纲 一、课程基本信息 1、课程代码：PH337 2、课程名称（中文）：核物理与粒子物理导论 课程名称（英文）：An Introduction to Nuclear and Particle Physics 3、学时/学分：48/3 4、先修课程：基础力学、电磁学、高等数学、数学物理方法、原子物理学 5、面向对象：物理系三年级或同等基础各专业学生 6、开课院（系）、教研室：物理与天文系粒子与核物理研究所 7、教材、教学参考书： 教材： 低能及中高能原子核物理学，程檀生钟毓澍编著，北京大学出版社，1997。参考书： a.Das and T. Ferbel, Introduction to Nuclear and Particle Physics (2nd Edition), (World Scientific, New Jersey, 2003) b.Particle Physics, by Nai-Sen Zhang (Science Press, 1986) (《粒子物理学》，章 乃森著，科学出版社，1986) 二、课程性质和任务 本课程教学目的是使学生掌握核物理与粒子物理的基本概念，了解核物理与粒子物理的一些最新发展动向。本课程属专业选修课程，适用物理系三年级或以上各专业学生。在整个课程讲解之中，强调基本的物理概念，并将随时插入目前国际上相关领域的研究进展和前沿问题，以使学生通过本课程的学习，对核物理与粒子物理相关的研究领域现状有一个了解。 三、教学内容和基本要求 第一章：概述 1）物质的结构层次 2）核物理与粒子物理的发展简史 3）自然单位 第二章：原子核的基本性质 1）综述

金钯核壳结构纳米结构制备

N,N-B i s(2-hydroxyethy l)-2-am i noethanesu lf on i c Ac i d-ass i sted L i qu i d-phase Growth o f Au@Pd Core-She ll Nanopart i c l es w i th H i gh Cata l yt i c Act i v i ty We i Zhang,Hu i p i ng Zhao,Zhong Lu,Fengx i Chen,*and Rong Chen* Schoo l o f Chem i stry and Env i ronmenta l Eng i neer i ng,Wuhan Inst i tute o f Techno l ogy,Wuhan430073,P.R.Ch i na (E-ma il:rchenhku@w i https://www.docsj.com/doc/e96882671.html,,f xchen@w i https://www.docsj.com/doc/e96882671.html,) Au@Pd core-she ll nanopart i c l es were success f u ll y synthes i zed v i a sequent i a l reduct i on o f Au(III)and Pd(II)sa l ts w i th BES at room temperature.The Au@Pd nanopart i c l es exh i b i ted s i gn i?cant l y h i gher cata l yt i c act i v i ty f or var i ous Suzuk i react i ons than monometa lli c Pd or Au nanopart i c l es.S i ze-dependent cata l yt i c act i v i ty was a l so observed,i.e., the Au@Pd nanopart i c l es o f<10nm showed h i gher act i v i ty. REPRINTED FROM Vol.44No.102015p.1371–1373 CMLTAG October5,2015 The Chemical Society of Japan

核壳结构纳米复合材料的研究进展

3国家自然科学基金项目(50471061)　张小塔:男,硕士生,从事纳米材料制备研究　Tel :0272872543840　E 2mail :zhangxiaota2004@https://www.docsj.com/doc/e96882671.html, 宋武林:通信作者,教授,博导,从事纳米材料制备及应用、材料表面改性等方面研究　E 2mail :wulins @https://www.docsj.com/doc/e96882671.html, 核壳结构纳米复合材料的研究进展3 张小塔,宋武林,胡木林,谢长生,郭连贵 (华中科技大学材料科学与工程学院模具技术国家重点实验室,武汉430074) 摘要 纳米粒子由于具有大量的潜在应用,近年来已引起人们极大的关注。通过制备具有核壳结构的纳米复合材料可以使其获得更多特殊的性质。综述了最近几年制备壳核结构纳米粒子的方法,根据其核、壳的不同材料分了4类,并对其中某些方法进行了比较,同时指出了目前该领域的应用前景、存在的不足和今后的研究发展方向。 关键词 核壳结构　纳米复合材料　研究进展 R esearch and Development of Core 2shell N anocomposites ZHAN G Xiaota ,SON G Wulin ,HU Mulin ,XIE Changsheng ,GUO Liangui (State Key Lab of Die &Mould Technology ,Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074) Abstract Nanoparticles have received much attention because of their potential applications.By preparing core 2shell nanocomposites ,many special properties can be obtained.In this paper ,the preparations of several kinds of core 2shell nanoparticles are reviewed ,of which they are divided into four types according to the materials of cores and shells ,and several kinds of fabrication methods are compared here.At the same time ,the application prospect in this field ,the deficiencies at present and the research direction in the future are also indicated. K ey w ords core 2shell structure ,nanocomposites ,research progress 　 0　引言 设计和可控构筑具有核壳结构的纳米复合材料是最近几年材料科学前沿的一个日益重要的研究领域[1]。这类材料作为构筑新颖功能化材料之所以受到研究者的青睐是因为它们具有许多独特的性质,例如:单分散性、核壳的可操作性、稳定性、可调 控性、自组装和涉及光、电、磁、催化、化学和生物反应的能力。因此通过合理的设计实验条件可以在很大程度上对复合纳米材料的许多性质加以调控。核壳纳米材料主要包括无机2有机、无机2无机、有机2有机和有机2无机等几个类型。本文主要综述核壳结构复合纳米材料的最新研究进展。 1　核壳结构纳米复合粒子的研究进展 很多情况下,通常采用超声化学法和种子生长法在核的表面直接沉积壳层的物质得到核壳结构。但是这种方法需要考虑 核和壳物质之间的相关性质,比如说晶格匹配等问题。 在不能直接包覆的情况下,有两条比较经典的途径:(1)通过耦合剂的作用,即通过某种物质的化学键把核和壳连接起来;(2)通过LBL (layer 2by 2layer )技术,即用不同电荷的材料交替包覆上去,一般的是先沉淀一层负电荷材料,然后再包覆带正电荷的材料[2]。第二种方法的最大优点是层与层之间的作用通过正负电荷的作用来实现,相对于第一种方法对材料本身没有太高的要求,缺点则是多步骤的作用可能使一些小球没有被包覆进去,且静电之间的作用力比较弱。 1.1　无机2无机核壳结构纳米复合粒子 覆盖的无机物层通常是二氧化硅、金属硫化物、二氧化钛、 氧化锆和一些贵金属。例如,Ohmori 等[3] 优化了覆盖条件,利用正硅酸乙酯(TEOS )在22丙醇溶液中的水解得到了二氧化硅覆盖的锭子状α2Fe 2O 3粒子。适当地控制TEOS 水解条件就可以得到粒径分布相当均匀的二氧化硅覆盖的α2Fe 2O 3粒子。 Trindade 等[4]则利用沉积的方法制备了硫化铬覆盖的二氧化硅 粒子。他们首先利用St ber 方法得到单分散的二氧化硅纳米粒子,然后加入铬的配合物并且在氮气保护下回流一定时间,从而得到硫化铬覆盖的二氧化硅粒子。 Yang 等[5]则用氧化SiCl 4的方法在Sn 的表面制得了SiO 2 壳层。不过,得到的颗粒形状比较奇特,有长方体的、立方体的、球形的,还有不规则的。有人用类似的方法由TiCl 4制备TiO 2来包覆SiO 2小球,实践证明这种途径是不可行的,得到的是包裹不完全的核壳结构,且不规则。反过来,在SiO 2小球外包覆一层Au 是可行的。SiO 2小球表面先用A PS 进行改性,再吸附一层Au 胶粒,然后以Au 胶粒为核,在K 2CO 3、氨水存在的条件下还原HAuCl 4,最后在SiO 2小球表面长出一层金壳[6]。 核壳结构的双金属纳米粒子(尤其是贵金属如Au 、Ag 、Pt 、Ru 等)也受到人们越来越多的关注。Au 2Pt 或Pt 2Au 纳米粒子在催化方面表现优异而受到普遍关注。在制备出Au 和Pt 纳米粒子后,可以直接把壳层物质Pt 和Au 还原沉积到核上去[7]。Pt 沉积到Au 核上是各向同性的,而且这个过程是由动力学控制的。Pt 层的生长受到Pt 先驱体浓度与Pt 的摩尔质量 ? 902?核壳结构纳米复合材料的研究进展/张小塔等

核壳材料

核壳材料的合成与制备 材料研10 孔祥朝 摘要：本文本文通过对文献资料的查阅，介绍了核壳材料的定义，性能，应用和制备方法。核壳材料融合了材料各组分本身的优点，展示了优于各组分的优异性能；并且由于其固有的核壳结构而使其性能的可控性强，因而在众多领域有着广阔的应用前景，已经成为纳米材料科学研究的重要组成部分。 关键词：核壳，模板 核壳材料一般由中心的核以及包覆在外部的壳组成。核壳部分材料可以是高分子、无机物和金属等。随着核壳材料的不断发展，其定义变得更加广泛。对于核与壳由两种不同物质通过物理或化学作用相互连接的材料，都可称为核壳材料。广义的核壳(core-shell)材料不仅包括由相同或不同物质组成的具有核壳结构的复合材料，也包括空心球（hollow spheres）、微胶囊（microcapsules）等材料。核壳材料外貌一般为球形粒子，也可以是其它形状。包覆式复合材料由中心粒子和包覆层组成，按包覆层的形态可以分为层包覆和粒子包覆，粒子包覆又可分为沉积型和嵌入型两种，如图1.1所示。 图1.1包覆式复合粒子形态(a)层包覆型;(b)粒子包覆沉积型;(c)粒子包覆嵌入型 包覆在粒子外部的壳可以改变核材料的表面性质，并赋予粒子光、电、磁、催化等特性，如改变粒子表面电荷、赋予粒子功能性、增强表面反应活性、提高粒子稳定性并防止核与外部介质发生物理或化学作用等。首先，核壳材料对应于材料核层与壳层单层材料的核层和壳层性质，可以调节核壳物质种类来控制复合材料总的性质。其次，由于核壳材料性质与核层、壳层层厚有关，控制制备工艺进而控制核层、壳层厚度可以调节核壳材料的性质。再次，核壳纳米复合材料由

核壳结构微纳米材料应用技术

核壳结构微纳米材料应用技术 姓名：王冰 2012年 5月 摘要 纳米科学被认为是21世纪头等重要的科学领域，它所研究的是人类过去从

为涉及的非宏观、非围观的中间领域，使人们改造自然的能力延伸到分子、原子水平，标志这人类的科学技术进入了一个新的时代。纳米结构由于既有纳米微粒的特性如量子效应、小尺寸效应、表面效应等优点，又存在由纳米结构组合引起的新效应，如量子耦合效应和协同效应等，而且纳米结构体系很容易通过外场（电、磁、光）实现对其性能的控制。核壳型纳米微粒由于表面覆盖有与核物质不同性质纳米粒子，因此表面活性中心被适当的壳所改变，常表现出不同于模板核的性能，如不同的表面化学组成、稳定性的增加、较高的比表面积等，这些粒子被人为设计和可控制备以满足特定的要求。 关键词：纳米核壳纳米材料的应用 1核壳型纳米粒子的定义及分类 1.1 核壳型纳米粒子定义 核壳型纳米粒子是以一个尺寸在微米至纳米级的球形颗粒为核，在其表面包覆数层均匀纳米薄膜而形成的一种复合多相结构，核与壳之间通过物理或化学作用相互连接。广义的核壳材料不仅包括由相同或不同物质组成的具有核壳结构的复合材料，还包括空球、微胶囊等材料。 核壳型复合微球集无机、有机、纳米粒子的诸多特异性质与一体，并可通过控制核壳的厚度等实现复合性能的调控。通过对核壳结构、尺寸剪裁，可调控它们的磁学、光学、电学、催化等性质，因而有诸多不同于单组分胶体粒子的性质。他在材料学、化学组装、药物输送等领域具有极大的潜在应用价值。 1.2 核壳型纳米粒子分类 (1)无机—无机核壳结构微纳米材料:核壳均为无机材料的复合微纳米材料。 (2)无机—有机核壳结构微纳米材料:核为有机材料，壳为无机材料的复合微纳米材料。 (3)有机—无机核壳结构微纳米材料：核为无机材料，壳为有机材料的复合微纳米材料。 (4)有机—有机核壳结构微纳米材料：核壳均为有机材料的复合微纳米材料。 (5)复杂核壳结构微纳米材料：具有多层核壳结构，核壳多分分分别为有机或者无机材料。 2 核壳结构微纳米材料形成机理 目前核壳型复合微球的形成机理主要有化学键作用、库伦力静电引力作用、吸附层媒介作用机理、过度饱和机理等。颗粒表面的包覆，无论是有机还是无机，一般均认为由以上4种机理形成，也可能几种机理同时存在。 3 有机—有机核壳结构微纳米材料制备 有机—有机核壳结构复合材料分为微球和微囊，微球和微囊因其特殊尺寸和特殊结构在许多重要领域起到了特殊而关键的作用。微球的主要功能有以下几个方面：（1）微存储器。（2）微反应器。（3）微分离器。（4）微结构单元。 3.1乳液聚合法 3.1.1乳液聚合机理 （1）胶束成核机理：引发剂分解，自由基进入胶束引发聚合反应，场所在胶束

核壳结构-摘要

随着科学技术的快速发展，人们对功能型器件的要求越来越高，多铁性材料由于同时具有铁磁性能和铁电性能，并且能够通过两者的耦合协同作用，赋予材料新的发展潜力使其在存储器、传感器、转换器等多功能电子器件中具有很大的应用价值。 目前具有多铁性的单相体系较少，比较理想的只有铁酸铋，但其铁电性和铁磁性非常弱，为了改善多铁性，本研究采用具有较好铁电性的钛酸钡和较好铁磁性的铁酸钴，将二者制备成核壳结构，以提高材料的多铁性。目前研究CoFe2O4/BaTiO3核壳结构多铁性材料的报道较少。本文将首先通过沉淀法和溶胶-凝胶法制备铁电相钛酸钡、化学共沉淀法制备铁磁相铁酸钴，然后在此基础上通过溶胶-凝胶法和表面沉积法以铁磁相为核、铁电相为壳合成出具有核壳结构的CoFe2O4/BaTiO3多铁性复合材料，利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)和铁电测试仪等手段研究材料的组分、微形貌、铁磁性和铁电性能。 采用沉淀法和溶胶-凝胶法制备BaTiO3，研究不同工艺条件对制备产物的影响。在沉淀法中，研究了反应温度、反应浓度、反应时间、加料方式和煅烧温度对产物的影响。由实验结果可知，随着反应温度的升高、反应浓度的增大，产物粒径都逐渐减小;随着反应时间的延长，颗粒粒径则逐渐增大;逐渐滴加钛酸丁酯醇溶液时，所得颗粒粒径较大，结晶度较好;随着煅烧温度的升高，颗粒粒径逐渐增大，纯度逐渐提高，在此基础上确定了实验的最佳条件:反应温度为85℃，反应浓度为1.0 mol/L，逐滴加入钛酸丁酯醇溶液，反应1.5h后干

燥的粉体在850℃下煅烧2h。在溶胶-凝胶法中，研究了pH值、反应温度、醇盐浓度和煅烧温度对产物的影响。由实验可知，随着pH值的增大，凝胶时间逐渐缩短，粉体粒径先减小后增大;随着温度的升高，凝胶时间逐渐缩短，粒径则逐渐增大;随着醇盐浓度的增大，凝胶时间逐渐缩短，粒径则先增大后减小;煅烧温度达到700℃时，可以得到纯度很高的钛酸钡粉体，温度继续升高，粒径增大，在此基础上确定了实验的最佳条件:pH值为4、反应温度为50℃左右、醇盐浓度为 1.0mol/L下制备出凝胶，700℃下将凝胶煅烧2h。 CoFe2O4是一种性能优良的软磁材料，其突出特点是具有较高的磁晶各向异性常数(室温下为2.7×105 J·m3)、较高的矫顽力（室温下达到3.4×105 A·m-1）、温和的磁饱和强度(72A·m2·kg-1)。本文采用共沉淀法制备出了铁酸钻粉体，研究了反应温度、反应时间、反应浓度、加料方式等条件对粉体粒径的影响。实验结果表明，随着温度的升高和反应时间的延长，产物的粒径逐渐增大;随着反应浓度的增大，粒径则逐渐减小;迅速倒入沉淀剂时得到的粉体粒径更小，在此基础上得到了制各CoFe2O4粉体的最佳实验条件:反应温度为80℃、反应30min、沉淀剂浓度为5 mol/L迅速倒入，可制得纯度很高的纳米级粉体。 在前面两部分的实验基础上，通过表面沉积法和溶胶-凝胶法制备核壳结构CoFe2O4/BaTiO3多铁性复合粉体。通过XRD分析，两种方法都能得到BaTiO3和CoFe2O4的复合相，且纯度很高。TEM表明两种方法制备的粉体都有团聚现象，颗粒粒径属于纳米级别，并初步

利用高分子材料制备核壳结构

自组装、光敏感的向列型液晶/聚合物核壳纤维的构造和特征介绍 LC（液晶）材料和LC/聚合物材料已经广泛应用于多种灵敏的光调节装置[1-3]。最近，研究人员制备出了胆甾型液晶与表面涂有连续功能涂料的纤维基底复合的模型[4]。还有其他显示技术与纤维复合，如发光二极管（LED）[5]照亮光导纤维，有机发光二极管(OLED)装饰玻璃纤维[6]。 以前报道的技术大部分认为液晶对纺织品物理性能会造成负面影响，比如会降低纺织品的灵活性和透气性。LC材料具有某些独特的性质，如具有近晶状中间相、分子水平上的自动排列、双折射和非凡的力学性能，因此它可被用作制备复合纤维。静电纺丝制备的液晶弹性体与此类材料一样具有各向异性，有望制备某种机械器件[7-9]。据报道，静电纺丝制备的液晶聚硅氧烷具有胆固醇链和低分子量特性，且观察不到聚硅氧烷的相分离和低分子液晶[10]。另一方面，聚合物溶液中加入添加剂可以在同轴纺丝过程中保证小分子有效分散于纤维核心[11]，而不是表面[12]。例如，Lagerwall et al.报道过有关同轴纺丝时，将向列型液晶混入聚乙烯（乙烯吡咯烷酮）（PVP）/二氧化钛鞘，这是为了获得低分子量液晶为核、聚合物为壳的复合纤维[13]。用这个方法时，液晶材料通过一条独立的通道进入纤维中心。以前的各种研究报道过如何制备双折射纤维，但都没有描述有关这种核壳结构液晶超细纤维的光学结构和形态特征，或者有关液晶核对聚合物壳的影响。

本文成功地表征了低分子量液晶在静电纺丝过程中、在聚合物超细纳米纤维中心的自组装行为。研究人员获悉，电纺PLA超细纳米纤维的结构可利用光学特征进行表征。另外，有序的液晶纤维显示的光学特性表明液晶纤维阵列具有光调制特性。用均质液晶/聚合物溶液纺丝可以制备高度双折射和光灵敏性的液晶纤维结构。通过改变液晶溶液的浓度和静电纺丝的工艺参数可以获得光学性质和形态特征最佳的液晶复合纤维。用偏光显微镜（POM）和热分析仪证明：5CB在PLA纤维核心具有相分离和自组装能力，制成纤维后，5CB的质量分数超过28%。利用WAXD和DSC研究柔韧的5CB是如何影响PLA外壳结晶性的。 2、实验部分 2．1原料 聚丙醇酸（Mw=186000，Mw/Mn=1.76）、氯仿和丙酮（不用净化）、4-氰-4＇-戊基联苯（5CB） 2．2 静电纺丝过程 静电纺丝装置包括一个高压装置、一部可控注射泵、和一步安装在圆盘上的收集器。本研究使用的收集器包括一个铜质圆盘、一个菱形铝网、用玻璃基底包覆的铟锡氧化物（玻璃质地为细粒状，厚约1.1mm），还有与铜质圆盘配套的盖玻片（厚为0.1mm），5ml的玻璃注射器。静电纺丝装置水平放置，这是为了将纤维收集在离注射泵尖端6-16cm远的收集器上。5CB/PLA静电纺丝复合纤维的合成如下：首先，将5CB和PLA混合加入氯仿/丙酮溶剂（体积比为3：1）。将混合液

第十七章--原子核物理和粒子物理简介

习题十七 17-1 按照原子核的质子一中子模型，组成原子核X A Z 的质子数和中子数各是多少？核内共有多少个核子？这种原子核的质量数和电荷数各是多少？ 答：组成原子核X A Z 的质子数是Z ，中子数是Z A -．核内共有A 个核子．原子核的质量数是A ，核电荷数是Z ． 17-2 原子核的体积与质量数之间有何关系？这关系说明什么？ 答：实验表明，把原子核看成球体，其半径R 与质量数A 的关系为3 10A R R =，说明原子核的体积与质量数A 成正比关系．这一关系说明一切原子核中核物质的密度是一个常数．即单位体积内核子数近似相等，并由此推知核的平均结合能相等．结合能正比于核子数，就表明核力是短程力．如果核力象库仑力那样，按照静电能的公式，结合能与核子数A 的平方成正比，而不是与A 成正比． 17-3 什么叫原子核的质量亏损？如果原子核X A Z 的质量亏损是m ?，其平均结合能是多少？ 解：原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，它们的差额称为原子核的质量亏损．设 原子核的质量为x M ，原子核X A Z 的质量亏损为:x n p M m Z A Zm m --+=?])([ 平均结合能为 A mc A E E 2 0ΔΔ== 17-4 已知 Th 232 90 的原子质量为u 232.03821，计算其原子核的平均结合能. 解：结合能为MeV 5.931])([ΔH ?--+=M m Z A Zm E n Th 23290 原子u M 03821.232=,90=Z ,232=A ,氢原子质量u m 007825.1H =， u m n 008665.1= MeV 1.766.56MeV 5.931]03821.232008665.1)90232(007825.190[Δ=?-?-+?=∴E ∴平均结合能为 MeV 614.7232 56 .1766Δ0=== A E E 17-5什么叫核磁矩？什么叫核磁子（N μ）？核磁子N μ和玻尔磁子 B μ有何相似之处？有何区别？质子的磁矩等于多少核磁子？平常用来衡量核磁矩大小的核磁矩I μ'的物理意义是什么？它和核的g 因子、核自旋量子数的关系是什么？ 解：原子核自旋运动的磁矩叫核磁矩，核磁子是原子核磁矩的单位，定义为： 227m A 10.05.51 .18361 π4??=== -B p N m eh μμ

核壳结构纳米复合材料的制备

核壳结构纳米复合材料的制备及应用 摘要：核壳结构纳米复合材料由于独特的物理、化学特性和广泛的应用前景，近年来成为研究的热点。本文系统地综述了核壳结构纳米复合材料的类型，针对应用方向总结了核壳结构纳米复合材料的研究现状。系统地归纳了核壳结构纳米复合材料在光学、催化、医药与生物、光子晶体、超疏水涂层等方面的应用，评述了其特点和发展的方向，并对其应用前景进行了展望。 关键词：核壳结构；纳米复合材料；超疏水涂层 1. 引言 目前人类正在享受迅速发展的科技所带来的舒适和方便,也品尝着盲目和短视造成的生存环境不断恶化的苦果。因而开发高效、低能耗、适用范围广和有深度氧化能力的化学污染物清除技术一直是环保技术追求的目标。纳米光催化技术是从20世纪70年代逐步发展起来的一门新兴环保技术，是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术。 光催化现象是20世纪70年代Fijishima和Honda等[1]人在研究水在二氧化钛电极上的光致分解时发现的，他们借鉴植物的光合作用原理设计了一个太阳光伏打电池，即在水中插人一个n型半导体二氧化钛电极和一个铂黑电极，当用波长低于415 nm的光照射氧化钛电极时，发现在二氧化钛电极上有氧气放出，在铂电极上有氢气放出。产生此现象的原因在于，光照使半导体二氧化钛阳极产生具有极高氧化还原能力的电子-空穴对。在上述的光致半导体分解水的过程中，半导体作为一种媒介在反应前后是不变化的，但借助它却把光能转化成了化学反应的推动力。在这种意义上，半导体与催化反应中催化材料起的作用相似。随后的大量研究发现：不用外电路直接将沉积有金属铂的二氧化钛悬浮于水中，在光照下它也能使水分解。光催化正是在这个概念和方法基础上发展起来的。 随着纳米技术的发展，核壳结构纳米复合材料成为复合材料、纳米材料等领域研究的热点。核壳结构的纳米复合材料（CSNC）一般由中心的核以及包覆在外部的壳组成，CSNC中的内核与外壳之间通过物理、化学作用相互连接。广义的核壳结构不仅包括由不同物质组成的具有核壳结构的纳米复合材料，还包括中空微球、微胶囊等纳米复合材料。由于CSNC具有许多独特的物理和化学特性，在超疏水表面涂层、材料学、化学、磁学、电学、光学、生物医学、催化等领域都具有潜在的应用价值。 本文依据材料性能对CSNC的研究进展进行了总结，本文的目的不在于将全部文献进行回顾，而是针对应用方向对一些文献进行评述。目的在于指出应用方向、研究进展和存在的问题，以期为研究CSNC提供一些研究思路。 图1 核壳结构结构纳米复合为求及中控为求的结构示意图：(a)经典核壳结构；(b)空心球； (c)海胆型结构；(d)胶囊型结构

基于RF树脂纳米核壳结构复合微球的构筑及性能研究

云南化工Yunnan Chemical Technology May.2018 Vol.45，No.5 2018年5月第45卷第5期 纳米核壳结构复合微球是指以一种纳米微球为核，外面包覆上一种或多种其它的材料制备而成的微球所形成的一种复合结构[1-3]。纳米核壳结构复合微球既具备核材料的特有性能，又具备壳层材料的特有性能[4-6]。正是由于其独特的物理、化学性质，纳米核壳结构复合微球在生物载药[7-8]、催化[9-10]、能源转化[11-12]、环境吸附[13-14]等领域有着十分广泛的应用，吸引了越来越多的关注。其中以金属纳米粒子为核的纳米核壳结构复合微球，由于既具有金属核的优异性质，又能在壳层的保护下防止发生纳米粒子的团聚，因此大大拓宽了其在催化和电化学领域的应用。 目前制备以金属为核的纳米核壳结构复合微球最常用的方法是模板法。这种方法通常是先把金属纳米粒子制备出来，然后在外层包覆一层聚合物或者无机材料。比如，Liu[15]先制备出金纳米粒子，然后以纳米金粒子为种子，PVP为保护剂，TEOS为硅源，在异丙醇和水的混合溶剂中制备出Au@SiO2纳米核壳结构复合微球，最后以Au@SiO2为种子，以间苯二酚和甲醛为聚合反应物，制备得到Au@SiO2@RF纳米核壳壳结构复合微球。这种微球经过碳化和洗除模板可以得到碳球和Yolk-Shell微球。但是这种方法步骤冗长，处理手段多，浪费大量的时间，因此发展出一步合成的方法显得尤为重要。 本章我们在经典stober法的基础上，采用溶胶凝胶法一步合成Ag@SiO2@RF纳米核壳壳结构复合微球，无需先合成金属纳米粒子，并且将这种微球碳化、洗模板得到Yolk-Shell结构微球。本方法将金属粒子的还原、二氧化硅的包覆和酚醛树脂的聚合统一到一个体系之中，实现了一步法对Ag@SiO2@RF纳米核壳结构复合微球的可控制备。选择酚醛树脂作为包覆壳层是因为它同样适用于stober的合成体系，并且可以通过碳化得到碳材料，或者进行化学修饰得到其他的功能材料。 1　实验部分 1.1　试剂 间苯二酚、硼氢化钠、硝酸银、N，N-二甲基甲酰胺、无水乙醇、十六烷基三甲基溴化铵、罗丹明B、丙酮（AR，），氨水（22%-28%，国药集团化学试剂有限公司），正硅酸四乙酯（28.4%，国药集团化学试剂有限公司），甲醛（37%，国药集团化学试剂有限公司），氢氟酸（40%，国药集团化学试剂有限公司）。1.2　Ag@SiO2@RF纳米核壳结构复合微球的制备 采用一步法制备Ag@SiO2@RF纳米核壳结构复合微球，制备流程如下：称取20mL的去离子水和8mL的无水乙醇，然后加入0.1g的CTAB，搅拌完全溶解后加入0.1mL的氨水，30℃下搅拌15min，缓慢加入0.1mL刚刚配置的0.15mol/L的硝酸银溶液。搅拌15min后，加入2mL的TEOS。再搅拌30min后，加入0.28mL的甲醛溶液。搅拌1h后，加入0.2g间苯二酚。该混合物在30℃下保持搅拌状态24h，随后转移到水热釜中，100℃静置水热24h。水热结束，通过离心得到固体产物，分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次，放到60℃真空烘箱中干燥一昼夜。 1.3　Ag@SiO2@RF核壳结构碳化制备多孔碳复合微球 取1.2步得到的固体产物，放置于管式炉中，在氮气氛围中600℃碳化1个h，升温速率为5℃/min，得到Ag@SiO2@C纳米核壳结构碳球。取10mg Ag@SiO2@C纳米核壳结构碳球，重新分散在10mL去离子水中，加入0.1mL的氢氟酸，常温下搅拌反应一昼夜。反应结束后，通过离心收集得到固体，分别用乙醇和水洗涤各三次，放到60℃真空烘箱中干燥一昼夜即得到Ag@C多孔碳复合微球。 1.4　催化反应测试 取5×10-2mg不同的核壳结构复合微球，重新分散在2mL的1×10-5的RB溶液中，超声15min，完全混合后，加入0.5mL的新配置的硼氢化钠溶液，摇晃均匀。反应过程中溶液颜色由红色变为无色，整个过程由紫外可见分光光度计（Evolution 201，Thermo Fisher）监控，波长在400~600nm之间。 2　结果与讨论 2.1　Ag@SiO2@RF纳米核壳结构复合微球的制备及表征 本章采用改性后的stober法制备Ag@SiO2@RF纳米核壳结构复合微球，以硝酸银为银源，TEOS为二氧化硅壳层来源，利用间苯二酚和甲醛在水和乙醇的混合溶剂中聚合速率远远慢于TEOS的分解缩聚速率，使二氧化硅壳层和酚醛树脂壳层依次原位包覆到纳米银颗粒表面。甲醛在充当酚醛树脂的反应物的同时，作为还原剂将单质银从硝酸银中还原出来，体系中不需要额外加入还原剂。整个Ag@SiO2@RF纳米核壳结构复合微球的制备流程如图1所示。 doi：10.3969/j.issn.1004-275X.2018.05.056 基于RF树脂纳米核壳结构复合微球的构筑及性能研究 李　健，刘　睿 （同济大学　材料科学与工程学院，上海　201804） 摘　要：以硝酸银为银源，正硅酸四乙酯为硅源，甲醛和间苯二酚为酚醛树脂前驱体，采用溶胶凝胶法制备Ag@SiO2@RF纳米核壳壳结构复合微球，并在此基础上碳化、洗模板得到Ag@C多孔碳复合微球。通过催化性能比较测试，结果表明Ag@C多孔碳球表现出更高的催化活性。 关键词：核壳结构；碳材料；催化 中图分类号：TB383.1 文献标识码：B 文章编号：1004-275X（2018）05-078-04 ·78·