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1、核壳结构纳米材料的组装.4.1.1研究意义1.科学研究方面2.实际应用方面☆胶体和界面科学的研究☆合成新材料的一个方向☆纳米颗粒☆微米颗粒☆经济效益☆市场竞争力杜邦公司的报告中称40%（610亿美元）的美国化工工业的产值和颗粒产品相关,而制备经过表面修饰的颗粒的能力将会有十分强的竞争力。纳米纳米+核-壳复合体纳米微米+核-壳复合体不仅大大降低使用纳米材料的成本，提高微米材料的使用性能及附加值，而且解决了纳米粉体使用难的问题。经过颗粒包覆得到核-壳结构材料不仅是粒子工程亟待解决的问题，而且为纳米材料的应用开辟了一种新的思路和途径，成为目前材料科
2、学研究热点之一制备核-壳材料的重要性不仅有效避免单一纳米粒子的团聚问题，而且还可充分发挥纳米粒子的优异的性能，提高其使用效果核-壳结构复合材料的性能☆增加两亲性☆提高耐侯性、抗磨损性☆降低摩擦、防止腐蚀、提高稳定性☆提高催化剂的稳定性和催化活性☆赋予材料特殊的光、电、磁学性能德国的FrankCaruso小组美国EgonMatijevic，YouNanXia小组，以色列的A.Gedanken小组，西班牙的LuisM.liz-Marzan小组等，国内的吉林大学、南京大学、复旦大学、北京化学所、长春应化所等单位1.国内外制备核-壳材料的主要研究小组
3、4.1.2国内外研究现状2.核-壳结构材料的分类:按包覆类型按粒子成分有机-有机包覆有机-无机包覆无机-无机包覆按组分数目单组分包覆多组分包覆按粒子尺寸微米-亚微米包覆、微米-纳米包覆、亚微米-纳米包覆、纳米-纳米包覆微米-微米包覆4.2核壳结构纳米材料的组装方法4.2.1聚合化学反应法聚合化学反应法通常是指有机物单体在含有待包液中发生聚合反应形成高分子,同时在粒子表面沉积层的方法。它包括单体吸附聚合、乳液聚合等方法单体吸附聚合法通常以具有较高催化活性的核作为包覆粒子,例如α-Fe2O3、CeO2、CuO、SiO2。单体与被包覆颗粒之间有较强
4、的相互作用,可以直接吸附到无机颗粒表面,然后再引发单体聚合完成包覆。利用单体聚合包覆颗粒的关键是聚合反应必须发生在颗粒表面。Mandal等采用活性自由基聚合反应的方法,在硅粒表面形成苯甲基异丁烯酸的高分子聚合物,然后将硅核腐蚀去除,得到中空的高分子微粒。实验显示,包覆层的厚度可通过改变核与有机物接触反应的时间来调节,此方法简便、易行、且适用面较广。乳液聚合法利用低分子量表面活性剂具有在颗粒表面形成双层胶束的能力,可把单体包容在胶束中引发聚合。这种方法可以在有机或无机粒子表面形成很薄的高分子包覆层(2～10nm),尤其对于表面形状不规则的粒子,
5、它能沿着粒子表面的轮廓保持一定的厚度进行薄层包覆。TEMimagesofSiO2-PMMACSNs(A)andSiO2-PSCSNs(B).K.Zhangetal./ColloidsandSurfacesA:Physicochem.Eng.Aspects277(2006)145–1504.2.2生物大分子包覆生物大分子作为特殊的功能材料应用于包覆的主要目的是使普通的粒子具有某些蛋白质或生物体的特殊基因和反应功能,可以广泛应用于临床分析、免疫检验以及各项生物特性的研究。使生物大分子固定于固体颗粒表面的技术有多种,如价键吸附、价键吸附、溶胶-凝胶
6、捕获、静电自组装等等,其中最常用的是价健吸附方法。它可实现各类蛋白质和抗体对固体颗粒(如聚苯乙烯、聚苯胺)的包覆,但是包覆层往往不够牢固,容易从表面脱落,还可能伴随有失活的现象,尤其对于较小的生物粒子,很难形成稳定的包覆层。溶胶-凝胶法可以实现一般包覆方法难以实现的各种复杂形态的包覆,尤其对于一些复杂的生物体系,可以在不破坏其结构和功能的前提下通过溶胶-凝胶液的渗透进行包覆。4.2.3表面沉积与表面化学反应法在颗粒表面沉积包覆主要是将包覆颗粒和被包覆颗粒分散在水溶液中,通过调节pH或加热使包覆材料沉淀或水解后沉积到核材料上形成核/壳结构,或者
7、通过特殊的功能团直接在表面反应进行包覆。用这种方法制备无机包覆层的有SiO2、碱式碳酸钇、TiO2、ZrO2等。在TiO2表面包覆SiO2的研究中发现,大量颗粒的团聚会随着SiO2的沉积而产生。Ohmori和Matijevic优化了包覆条件,通过TEOS在2-庚醇溶液中的水解将SiO2包覆到尖晶石型的赤铁矿(α-Fe2O3)上,精确控制TEOS的水解条件,得到均匀的包覆层。刘威等在采用溶胶-凝胶结合氢气还原法制备的Fe/SiO2核/壳纳米颗粒的基础上,通过乙炔裂解沉积的方法制备了核/壳结构的碳包裹Fe/SiO2颗粒,如图所示。通过表面沉积反应
8、,铁纳米颗粒被均匀地包裹在二氧化硅和碳壳层中,热稳定性得到进一步改善。4.2.4无机胶体颗粒在核颗粒表面的可控沉积无机胶体颗粒在核颗粒表面的可控沉积包覆一般是利用无
