CN102351143B - 封装的反应性材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及封装的反应性材料及其制备方法，所述封装的反应性材料包括反应性材料和包围着该反应性材料表面的惰性涂覆材料，该反应性材料被配置来在曝露于预定气体时增大尺寸。该惰性涂覆材料被配置来允许该预定气体扩散通过到该反应性材料，并且具有这样的伸长率，该伸长率将不容纳处于该预定气体完全饱和状态时的该反应性材料的膨胀。

Description

封装的反应性材料及其制造方法
技术领域
本发明通常涉及封装的反应性材料及其制造方法。
背景技术
用于船运的反应性材料的制备可能要求包括组装和操作方法。例如，一些反应性材料是在高纯惰性气体的连续性覆盖下制造的。这种类型的操作是不灵活的，并且可能增加船运和制造成本。
发明内容
封装的反应性材料，其包括反应性材料和包围着该反应性材料表面的惰性涂覆材料，该反应性材料被配置来在曝露于预定气体时增大尺寸。该惰性涂覆材料被配置来允许该预定气体扩散通过到该反应性材料，并且具有这样的伸长率，该伸长率将不容纳处于该预定气体完全饱和状态时的该反应性材料的膨胀。这里还公开了封装反应性材料的方法。
本发明进一步体现在如下方面：
1. 封装的反应性材料，其包含：
反应性材料，其被配置来在曝露于预定气体时增大尺寸；和
包围着该反应性材料表面的惰性涂覆材料，该惰性涂覆材料被配置来允许该预定气体扩散通过到达该反应性材料，并且其具有这样的伸长率，该伸长率将不能容纳处于该预定气体完全饱和状态时的该反应性材料的膨胀。
2. 方面1所述的封装的反应性材料，其中该反应性材料对于空气、溶剂或者水蒸气中的至少一种是反应性的，并且其中该惰性涂覆材料是空气、溶剂或者水蒸气中的所述至少一种不能透过的。
3. 方面1所述的封装的反应性材料，其中该预定气体是氢气，和其中该反应性材料是选自下面的储氢材料：NaAlH4、KAlH4、LiAlH4、二价阳离子铝氢化物、混有单价铝氢化物的二价阳离子铝氢化物、硼氢化物、混有铝氢化物的硼氢化物、金属氢化物、铝烷、Mg(NH2)2、Li3B2NH10、MgH2、CaH2及其组合。
4. 方面1所述的封装的反应性材料，其中该惰性涂覆材料选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、纤维素、混合分子量的聚苯乙烯、预定分子量的聚苯乙烯、丙烯酸类聚合物、缩醛、聚酰胺、聚酰亚胺、环氧树脂和聚四氟乙烯。
5. 方面1所述的封装的反应性材料，其中该惰性涂覆材料掺杂有选自下面的促传热剂：膨胀天然石墨、传导性聚合物、传导性纳米结构及其组合。
6. 方面1所述的封装的反应性材料，其中该惰性涂覆材料掺杂有选自下面的添加剂：摩擦降低剂、防磨损剂及其组合。
7. 方面1所述的封装的反应性材料，其进一步包含沉积在该惰性涂覆材料上的至少一种另外的惰性涂覆材料，其中该至少一种另外的惰性涂覆材料是由不同于所述惰性涂覆材料中所用的聚合物的聚合物形成的。
8. 方面1所述的封装的反应性材料，其中该惰性涂覆材料的厚度是大约1 μm-大约1mm。
9. 方面1所述的封装的反应性材料，其中该反应性材料是固体物质，其初始直径是大约1mm-大约10cm。
10. 方面1所述的封装的反应性材料，其中该预定气体选自氢气、二氧化碳、二氧化硫和甲烷气体。
11. 方面1所述的封装的反应性材料，其中该反应性材料选自金属有机结构物、共价有机结构物、固有微孔性聚合物、Matérial Institut Lavoisier、矿气吸收剂、粘土、石墨结构和其他碳结构，和其中该惰性涂覆材料选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、纤维素、混合分子量的聚苯乙烯、预定分子量的聚苯乙烯、丙烯酸类聚合物、缩醛、聚酰胺、聚酰亚胺、环氧树脂和聚四氟乙烯。
12. 封装反应性材料的方法，其包含：
选择惰性涂覆材料，该惰性涂覆材料被配置来允许预定气体扩散通过它，并且具有这样的伸长率，该伸长率将不容纳处于该预定气体完全饱和状态时的该反应性材料的膨胀；
将所选择的惰性涂覆材料溶解到非反应性有机或者无机溶剂中，来形成惰性涂覆材料溶液；
用该惰性涂覆材料溶液涂覆反应性材料的表面；和
允许该非反应性溶剂蒸发，由此在该反应性材料表面上形成惰性涂覆材料层。
13. 方面12所述的方法，其进一步包含选择该惰性涂覆材料的厚度，来将该惰性涂覆材料层调节到预定灵敏度。
14. 方面12所述的方法，其中用该惰性涂覆材料涂覆该反应性材料表面是如下来完成的：通过在传送机上将该反应性材料送入到该惰性涂覆材料溶液的浴中，通过将该反应性材料浸入到该惰性涂覆材料溶液中，或者通过将该惰性涂覆材料溶液喷涂到该反应性材料表面上。
15. 方面12所述的方法，其中用该惰性涂覆材料涂覆该反应性材料表面是在不存在水时或者在不存在在高于该反应性材料去饱和温度的温度加热时完成的。
16. 方面12所述的方法，其进一步包含：
选择不同于该惰性涂覆材料的第二惰性涂覆材料；
将所选择的第二惰性涂覆材料溶解到非反应性溶剂中来形成第二惰性涂覆材料溶液，该非反应性溶剂选自不透过或者不溶解该惰性涂覆材料层的溶剂；
用第二惰性涂覆材料溶液涂覆该惰性涂覆材料层；和
允许该非反应性溶剂蒸发，由此在已经形成于该反应性材料表面上的惰性涂覆材料层上形成第二惰性涂覆材料层。
17. 方面16所述的方法，其中用该第二惰性涂覆材料溶液涂覆该惰性涂覆材料层是如下来完成的：通过在传送机上将该涂覆的反应性材料送入到该第二惰性涂覆材料溶液的浴中，通过将该涂覆的反应性材料浸入到该惰性涂覆材料溶液中，或者通过将该第二惰性涂覆材料溶液喷涂到该惰性涂覆材料层表面上。
18. 方面16所述的方法，其进一步包含重复方面15的选择、溶解、涂覆和允许步骤，来在该反应性材料上形成预定数目的另外的惰性涂覆材料层。
19. 方面12所述的方法，其中选择该惰性涂覆材料包括从如下选择材料：聚偏二氟乙烯(PVDF)、甲基纤维素、聚苯乙烯和聚四氟乙烯。
20. 方面12所述的方法，其中该预定气体选自氢气、二氧化碳、二氧化硫和甲烷气体。
21. 储氢封装的反应性材料，其包含：
反应性材料，其被配置来当被氢化时增大尺寸；和
包围着该反应性材料表面的至少一种惰性涂覆材料，该惰性涂覆材料被配置来允许氢气扩散通过到达该反应性材料，并且其具有这样的伸长率，该伸长率将不容纳处于完全氢化状态时的该反应性材料的膨胀。
22. 方面21所述的储氢封装的反应性材料，其中该反应性材料选自NaAlH4、KAlH4、LiAlH4、二价阳离子铝氢化物、混有单价铝氢化物的二价阳离子铝氢化物、硼氢化物、混有铝氢化物的硼氢化物、金属氢化物、铝烷、Mg(NH2)2、Li3B2NH10、MgH2、CaH2及其组合，和其中该惰性涂覆材料选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、纤维素、混合分子量的聚苯乙烯、预定分子量的聚苯乙烯、丙烯酸类聚合物、缩醛、聚酰胺、聚酰亚胺、环氧树脂和聚四氟乙烯。
附图说明
本发明实施例的特征和优点将通过参考下面的详细说明和附图而变得显而易见，在其中相同的附图标记对应于类似的(虽然可能不相同的)部件。为了简要，具有在先已经描述过的功能的附图标记或者特征可以或者可以不在它们出现的其它附图中进行描述。
图1是封装的反应性材料的实例的示意性横截面图；
图2A和2B是在曝露于恒定空气流量7天之前(图2A)和之后(图2B)，聚苯乙烯涂覆的铝氢化钠丸粒的实例的黑色和白色照片图；
图3A和3B是在曝露于恒定空气流量7天之前(图3A)和之后(图3B)，未涂覆的铝氢化钠丸粒的对比例的黑色和白色照片图；和
图4A，4B和4C是下面物质的黑色和白色照片图：i)在曝露于0个氢循环并且水浸之后20分钟的聚合物涂覆的丸粒(图4A)，ii)在曝露于5个氢循环并且刚刚水浸之后的聚合物涂覆的丸粒(图4B)，和iii)在曝露于5个氢循环并且水浸后20s的聚合物涂覆的丸粒(图4C)。
具体实施方式
此处公开的封装的反应性材料的例子包括涂覆有如下材料的反应性材料：其保护该反应性材料免受空气、湿气和/或其他外部环境因素(其可能导致反应性材料降解或者其它不期望的有害效应)的影响所需时间长度。选择该涂覆材料来使得它在反应性材料膨胀时破碎，该膨胀是当用于它典型的运行环境中时由于氢化而造成的。同样，此处所公开的封装的反应性材料在正常使用之前(即，在船运、用前处理等过程中)保护不受不同的环境条件的影响，并且在期望的时间易于通过期望的方式来发挥作用，而不需要超出该反应性材料的常规的目标用途的任何另外的步骤或者处理。
通常，该封装的反应性材料非限定性的例子包括至少两种成分，也即该反应性材料和布置在该反应性材料表面上的惰性涂覆材料。该反应性材料当曝露于预定气体时尺寸增大。该惰性涂覆材料包围着该反应性材料，并且允许该预定气体扩散通过到该反应性材料。该惰性涂覆材料具有这样的伸长率，该伸长率将不容纳处于当预定气体在该反应性材料中完全饱和或吸收时的该反应性材料的膨胀。同样，该惰性涂覆材料最终将分裂打开来释放出内部的反应性材料。
现在参考图1，表示了封装的反应性材料10的实例的示意性横截面图。该封装的反应性材料10包括处于核心的反应性材料12，和覆盖着该反应性材料12的表面S的惰性涂覆材料14(和在一些实例中是16)。应当理解图1的封装的反应性材料10的实例的描述使用氢作为预定气体，和使用储氢材料作为该反应性材料12。另外应当理解这个实例是非限定性的，其他预定气体、反应性材料12和惰性涂覆材料14、16处于本发明的范围内。
反应性材料12可以选自任何当用这样的气体饱和时发生溶胀或者尺寸增大的储气材料。所选择的材料12固有吸收所述气体，并因此在被该气体饱和时自然膨胀。在图1所示的非限定性实例中，该反应性材料12是在氢化时溶胀或者尺寸增大的储氢材料。这个实例的反应性材料12固有吸收氢，并因此在氢化时自然膨胀。取决于所用的材料12，该尺寸增大的范围可以是从初始尺寸的大约2%高到初始尺寸的400%中的任何。
该反应性材料12的形式可以是圆形、椭圆形或者某些其它规则几何形状的丸粒，或者是具有某些非规则形状的丸粒(例如粒子聚集体)。在一个例子中，该反应性材料12丸粒的最大直径 D(即，在氢化之前)是大约1mm-大约10 cm。应当理解该反应性材料12也可以形成任何其他令人期望的形状和/或尺寸，这取决于该反应性材料12的期望用途。
在一个例子中，该反应性材料12包括固相储氢材料，其的例子包括但不限于NaAlH4，KAlH4或者LiAlH4。这些材料可以处于它们的纯净物形式，或者包括另外的铝。这些材料还可以例如通过加入大约1mol%-大约4mol%的TiCl3来催化。在另外一个例子中，该反应性材料12包括但不限于二价阳离子铝氢化物(例如Mg(AlH4)2)，混有单价铝氢化物的二价阳离子铝氢化物(例如Na(AlH4))，硼氢化物(例如LiBH4，NaBH4，Mg(BH4)2，或Ca(BH4)2等等)，硼氢化物混合物，或者混有铝氢化物的硼氢化物。应当理解当需要或者期望长期曝露时，NaBH4可以是令人期望的待保护的反应性材料，即使NaBH4与水的反应比此处所列的某些其他反应性材料12慢时。在仍然的另外一个例子中，该反应性材料12是金属氢化物，包括但不限于MgH2等等，或者氢化的过渡金属(例如TiyFex，这里x和y是用于化学计量量或非化学计量量的不同的比例，TiCrMn，和一般的金属间氢吸收族，例如 AB，AB2，AB5(例如LaNi5，其氢化成LaNi5H6)，BCC，等等)。该反应性材料12仍然的另外一个例子包括铝烷(AlH3)，其在单次使用(即，没有原位重复循环)应用中是令人期望的，并且可以作为与另外存储材料(其在曝露于游离氢时将膨胀)的混合物来使用。该反应性材料12在一些情况中可以选自其他带有氮的化合物(例如LiNH2，Mg(NH2)2，Li3B2NH10，和这些化合物与其他氢化物的混合物)或者其它带有氢的化合物(例如MgH2，CaH2等等)。应当理解该反应性材料12还可以包括两种或更多种上述成分的混合物。
该反应性材料12对于一种或多种外部环境也是反应性的，例如对于空气，溶剂（一种或多种），水蒸气(即，湿气)或等等，或者其组合。当曝露于一种或多种这些外部环境时，该反应性材料12可以降解、失活或者经受一些其他有害的效应。
为了降低该反应性材料12曝露于一种或多种这些外部环境，此处公开的封装的反应性材料12包括沉积在其上的惰性涂覆材料14的至少一个层 L1。通常，所选择的惰性涂覆材料14是这样的聚合物，其i)是外部环境的成分(例如空气，水，溶剂等等)不能透过的，所述的成分与该反应性材料12的反应是不受欢迎的，和ii)是预定气体能够透过的。在图1所述的实例中，所选择的惰性涂覆材料14是这样的聚合物，其i)是外部环境的成分(例如空气，水，溶剂等等)不能透过的，所述的成分与该反应性材料12的反应是不受欢迎的，和ii)是氢能够透过的。同样，该惰性涂覆材料允许氢(或者另外预定气体)扩散通过到该反应性材料12，并且不允许空气，水蒸气，溶剂（一种或多种），其他外部环境和/或其组合扩散通过到该反应性材料12。应该理解该惰性涂覆材料12还具有这样的伸长率，该伸长率将不容纳处于完全氢化(或者另外的预定气体饱和)状态时的该反应性材料12的膨胀。换句话说，选择该惰性涂覆材料14来具有破裂特性和脆度，这将导致涂覆材料14在反应性材料12尺寸增大时裂开或者自除。同样，所用反应性材料12的类型将至少部分地限定了惰性涂覆材料14的选择。例如，反应性材料12在氢化(或者饱和)时将具有预期的膨胀，可以选择该惰性涂覆材料14来使得它的伸长率小于这种预期的膨胀。惰性涂覆材料14的这些非拉伸特性允许它断裂，破裂和/或裂开，而不是随着反应性材料12膨胀而膨胀。惰性涂覆材料14的这种连续性方面的中断将反应性材料12直接曝露于氢(或者其他预定气体)，这使得该材料12以它打算的方式来起作用。通常，在氢化或者脱氢(或者饱和/去饱和)中最慢或者限制性的步骤是固体相在纳米规模水平上的进入或者离开，因此一些开口将使得氢(或者其他预定气体)能够自由地进入或者离开所述丸粒。
至少对于储氢反应性材料12来说，该惰性涂覆材料（一种或多种）14，16可以选自但不限于聚偏氯乙烯(PVDF)，纤维素例如乙基纤维素和甲基纤维素聚合物，混合分子量或者预定分子量的聚苯乙烯，丙烯酸聚合物例如聚甲基丙烯酸甲酯，聚氯乙烯，缩醛例如聚氧代亚甲基，聚酰胺，聚酰亚胺，环氧树脂和聚四氟乙烯(PTFE)。还可以使用具有令人期望的渗透性和伸长率的共聚物和/或嵌段共聚物。当使用聚苯乙烯时，所选择的聚苯乙烯的分子量使得涂覆材料14，16的膨胀小于反应性材料12氢化导致的膨胀。同样，所选择的聚苯乙烯的名义分子量也至少部分地取决于所用的反应性材料12。可以使用市售的聚苯乙烯，其可以在其中具有混合分子量。
如图1所示，在一个实例中，可以使用惰性涂覆材料14，16的多个层L1，L2。惰性涂覆材料14是作为连续层 L1而布置在该反应性材料12的表面S上，惰性涂覆材料16是作为连续层 L2而布置在层L1的表面(未标示)上。用“连续的”表示在层L1，L2中没有间隙或者孔。应当理解惰性涂覆材料14，16的每个层L1，L2可以具有任何合适的厚度T，该厚度至少部分地取决于该反应性材料12和所期望的氢化速率和材料12的曝露。在一个例子中，每个层L1，L2的厚度T是大约1 μm-大约1mm。
第二层 L2被表示为虚线，来说明在某些情况中可以使用惰性涂覆材料14的单个层L1。当使用另外的惰性涂覆材料层L2时，应当理解可以使用任何期望数目的层L1，L2(即，两个或更多个)。在一个例子中，使用相同惰性涂覆材料14的多个层L1，L2。在另外一个例子中，使用不同的惰性涂覆材料14，16的多个层L1，L2。例如，可能令人期望的是将光滑的聚合物层沉积到耐化学品的聚合物层上，来实现封装的反应性材料10的期望的稳定性和期望的操作性能二者。可以用于该多层实施方案的材料一个非限定性的例子包括铝氢化钠和混合的聚苯乙烯。
由于上述说明，应当理解可以将惰性涂覆材料层L1，L2调整到预定的灵敏度。层L1，L2的灵敏度将取决于反应性材料12在空气，水蒸气，溶剂等中保护多长时间，在曝露于氢(或者其他预定气体)时氢(或者另外预定气体)应当多快扩散通过该层L1，L2，和涂覆层14，16的破碎度应当是多少。通常，较厚的涂层L1，L2提供了抗外部环境的更大的保护，但是氢化(或者饱和)将很可能需要更长的时间，并且可能倾向于在一点而非多点促使涂覆材料14，16撕裂。
在一个例子中，惰性涂覆材料14，16掺杂有一种或多种添加剂。这样的添加剂选自促传热添加剂，摩擦降低添加剂，抗磨损添加剂或者其组合。促传热添加剂有助于热管理和保护功能。该促传热添加剂一个非限定性的例子包括膨胀天然石墨(ENG)；传导聚合物(例如聚乙炔或者聚噻吩)；传导纳米结构(即，具有至少一个维度为1nm-100nm的结构)，例如碳，金属或者其它传导纳米纤维或者纳米丝，纳米管，或纳米粒子等等；传导粉末；或者其组合。摩擦降低添加剂一个非限定性例子包括聚四氟乙烯(在商标名TEFLON®下由DuPont市售)。抗磨损添加剂非限定性例子包括陶瓷粒子。在使用多层L1，L2的情况中，该添加剂可以以从1体积%高到50体积%的量存在于层L1，L2之一中(例如，这两层中的第二层)。在其中添加剂的作用方式与保护性惰性涂覆材料14，16相同的情况中(例如陶瓷粉，其是不能透过的和根本不能拉伸的)，则任何期望量的添加剂可以加入到该惰性涂覆材料14，16中，前提是所形成的层L1，L2保持了机械完整性和允许氢扩散到该反应性材料12。
现在将描述用于制造任何实例的封装的反应性材料10的方法的例子。更具体的，下面的讨论涉及到这样的实例，其包括其上布置有第一惰性涂覆材料层14，L1的反应性材料12。在开始时，该方法包括根据此处所述的方针(即，该惰性涂覆材料14允许某预定气体扩散通过，并且具有这样的伸长率，该伸长率将不容纳处于完全饱和或吸收状态时的该反应性材料的膨胀)来选择反应性材料12和惰性涂覆材料14。
将所选择的惰性涂覆材料14溶解在非反应性有机或者无机溶剂中，来形成惰性涂覆材料溶液。惰性涂覆材料14，16与溶剂在物理上可能的任何比例都是能够使用的，并且这种比例将至少部分的取决于所形成混合物的粘度和所期望的干燥时间。在一种非限定性例子中，该材料/溶剂混合物会是10%-50%饱和的。但是，从用于施涂非常薄的涂层的稀溶液(这在施涂第二层的情况中可能是特别有用的，该第二层存在来例如用于摩擦性能)到饱和溶液(其对于快速干燥会是有用的)范围内的溶液都处于本发明的范围内。
应当理解选择用于惰性涂覆材料14(其将构成直接沉积到反应性材料12的表面S上的层 L1)的溶剂应当与应性材料12是不反应的，并因此所用溶剂取决于惰性涂覆材料14和反应性材料12二者。聚合物在溶液中的溶解度将取决于所用溶剂。非反应性有机溶剂的一些非限定性例子包括烃溶剂例如己烷，醚类或者酮类。非反应性无机溶剂的一些非限定性例子包括氨，超临界二氧化碳，超临界二氧化硫或者其它类似流体。所述成分可以搅拌和/或温和度适加热，直到该惰性涂覆材料14溶解为止。
一旦制成该惰性涂覆材料溶液，并且其呈现适于与反应性材料12接触的温度，则将该溶液涂覆到反应性材料12的表面S上。涂覆可以通过广泛的合适的用于涂漆或者涂覆的沉积技术的任何来完成。例如，反应性材料12可以在传送机带上移动通过惰性涂覆材料溶液的浴，或者反应性材料12可以浸入惰性涂覆材料溶液，或者该惰性涂覆材料溶液可以喷涂到反应性材料12的表面S上。涂覆表面S所花费的时间可取决于所用的技术，但是最短的时间是这样的时间，该时间长到足以用所述溶液润湿该反应性材料12。例如，在使用浸涂技术时为实现单层L1所需的时间实际是该反应性材料12能够多快浸入到所述溶液中。
一旦反应性材料12被惰性涂覆材料溶液润湿，则允许该非反应性溶剂蒸发，来在反应性材料12的表面S上形成惰性涂覆材料层 L1。干燥可以使用或者不使用外部影响(例如风扇，热空气等)来完成，当允许在不存在外部影响的情况下进行蒸发时，干燥时间取决于所选择的溶剂本身多快蒸发。此外，干燥时间还可以至少部分取决于惰性涂覆材料溶液的粘度。例如，低粘度溶液会形成相当薄的膜层，并且溶液越稀薄，层L1干燥越快。当溶剂蒸发时，形成了封装的反应性材料10。
在用于制造包括多层L1，L2的封装的反应性材料10的方法的例子中，如前所述形成第一惰性涂覆材料层L1。当期望另外的层L2等时，可以根据需要来多次重复前述步骤，来实现期望数目的层L1，L2。这样的步骤可以用相同的惰性涂覆材料14来重复，或者用不同的惰性涂覆材料16来涂覆，或者用交替的惰性涂覆材料14，16，14，16来进行，或者用相同的惰性涂覆材料14和添加剂来进行。应当理解可以使用任何其他期望图案的涂覆材料14，16和/或任何期望数目的层L1，L2。
因为反应性材料12已经涂覆有第一层 L1(即，保护免受空气，水，溶剂（一种或多种）等等的影响)，因此当形成另外的层（一层或多层）L2等时，可以使用广泛的溶剂。应当理解当形成另外的层L2等时，溶剂可以选自任何在施用过程中不渗入或者不溶解第一层L1的溶剂。同样，在一个例子中，该溶剂是水。
在一个非限定性的例子中，当形成第二层 L2时，上文所述的方法进一步包括选择第二惰性涂覆材料16(其不同于惰性涂覆材料14)。将该第二惰性涂覆材料16溶解到溶剂(该溶剂是不与第一层L1反应的)中，来形成第二惰性涂覆材料溶液。使用前述涂覆技术之一将该第二惰性涂覆材料溶液涂覆到惰性涂覆材料层 L1上。用于第二惰性涂覆材料溶液中的非反应性溶剂然后蒸发，来在惰性涂覆材料层 L1上形成第二惰性涂覆材料层 L2，该惰性涂覆材料层 L1已经形成于反应性材料12的表面S上。
应当理解此处所公开的方法可以在不存在水(即，在惰性气氛中)和/或在不存在高于反应性材料12的去饱和(例如脱氢)温度的温度加热下进行。例如当氢化的和脱氢化的材料的混合物构成该反应性材料12时，该方法在低于氢化的材料的脱氢温度下进行。该去饱和或者脱氢温度将根据反应性材料12的不同而变化，但是在一个例子中，该温度范围是大约65℃-大约400℃。在仍然的其他情况中，干燥气氛(即，小于1%的相对湿度)可能适于进行此处所公开的方法。同样，以此方式进行所述方法将取决于反应性材料12和它对于所述方法在其中进行的环境的敏感性。同样，可能期望或者需要具体的环境来施涂第一层 L1，但是一旦该反应性材料12用第一层L1涂覆之后，则这种具体的环境可以不再是期望的或者需要的。
在封装的反应性材料10的常规使用中(即，未涂敷的反应性材料12的常规使用)，封装的反应性材料10将曝露于预定气体。该预定气体将扩散通过该惰性涂覆材料层L1，L2，并且反应性材料12将变得饱和，并且材料12的体积将膨胀。因为惰性涂覆材料层L1，L2没有设计成能够足够膨胀的，因此正膨胀的反应性材料12将通过破坏、破裂、破碎、或脱落等而使得惰性涂覆材料层L1，L2自除。结果，破坏了该惰性涂覆材料层L1，L2，由此使得该反应性材料12发挥打算的作用。在一些情况中，可以进行多个气体曝露(例如氢化)循环，来实现甚至更大(和在一些情况中完全的)访问下面的反应性材料12。储氢封装的反应性材料10的常规使用可以包括用于车辆的储氢槽，固定存储设备，便携式发电机组等等。丸粒可以用于为小型装置(例如需要电能的手持式装置，小型远程装置，或用旧的电装置等等)中的微型燃料电池提供能量。在仍然的另外应用中，涂覆材料14，16可以使用饱和去饱和步骤(例如氢化脱氢步骤)来破裂，然后反应性材料12可以曝露于目标气体中来引起期望的反应。在其他情况中，氢或者甲烷气体可以直接在燃料电池，燃烧器，发动机或者其它能量或者功率转化装置中消耗，而CO2和SO2可以从气流中洗涤或者存储用于以后的反应。
虽然前述图1涉及在氢化时膨胀的反应性材料12和因此的合适的惰性涂覆材料14，16，但是应当理解可以分别选择其他反应性材料12和其他惰性涂覆材料14，16，来对其他气体例如甲烷敏感和使其能够透过。在这样的情况中，反应性材料12当曝露于该其他气体时发生膨胀，该其他气体透过所选择的涂覆材料。同样，选择涂覆材料来将反应性材料12相对于空气，水，溶剂等(其不与反应性材料12反应)保护起来，和使得期望的其他气体能够扩散。在这些其他例子中，其他气体对于该反应性材料的饱和使得非膨胀性惰性涂覆材料14，16分裂，来曝露出反应性材料12。
其他(即，非储氢)反应性材料12包括通过吸收甲烷和/或二氧化碳(CO2)和/或二氧化硫(SO2)而膨胀的这些。这些反应性材料12非限定性的例子包括已知用不同的首字母缩写来表示的自组装材料族中的任何一种，MOF(金属有机结构物)，COF(共价有机结构物)，PIM(固有微孔性的聚合物)，MIL(Matérial Institut Lavoisier)等等，矿气吸收剂，高表面积的粘土(即，100m2/g)，石墨和吸收气体后膨胀的其他碳结构(包括各种各样的碳纳米结构)。合适的惰性涂覆材料14，16包括前述的这些。
为了进一步说明本发明的实施方案，在此给出了下面的实施例。应当理解这些实施例提供来用于说明性目的，并且不解释对所公开的实施方案的范围限制。
实施例1
将一批铝氢化钠丸粒用混合分子量的聚苯乙烯涂覆。将该丸粒用手浸入到所述聚合物中三次。将另一对比性批次的铝氢化钠丸粒不进行涂覆。将该实施例和对比性批次在具有恒定空气流量的通风厨中放置7天。如图2A，2B，3A和3B所示，与未涂敷的丸粒(参见图3A和3B)相比，涂覆的丸粒(参见2A和2B)发生了最小的氧化。
实施例2
将铝氢化钠丸粒用三层混合分子量的聚苯乙烯涂覆。将该丸粒用手浸入到所述聚合物中三次。将一些该丸粒曝露于零个氢循环，同时将其余的丸粒曝露于5个氢循环。如图4A，4B和4C所示，涂覆的丸粒仅仅在曝露于氢化之后是反应性的。图4A表明在水浸20分钟后，没有曝露于氢循环的涂覆的材料仍然是完好的。这个实施例中的反应性材料明显被相对于不受控的反应而保护起来，该不受控的反应归因于偶然的水曝露或者归因于空气中的湿气。但是，一旦曝露于氢，类似的涂覆的丸粒是高反应性的。这表示于图4B中，这里与水的反应是快的，并且产生了足够的气体来将丸粒拖到水的表面。如图4C所示，在曝露于氢后能够访问所述丸粒足以使得该丸粒在20s中完全反应。这个实施例表明该保护性涂层保护了反应性材料(参见图4A)，直到该反应性材料变成氢化的并且膨胀来允许该惰性涂覆材料层在期望的时间发生自除为止(参见图4B和4C)，由此使得该反应性材料能够在它打算的工作环境中容易地访问。
应当理解此处所提供的范围包括了所述的范围和处于所述范围内的任何值或者亚范围。例如，大约1wt%-大约20wt%的重量百分比(wt%)范围应当解释为不仅包括了1wt%-20wt%的明确表示的重量百分比界限，而且还包括各个重量百分比例如2wt%，3wt%，4wt%等等，小数重量百分比例如2.13wt%，和亚范围例如5wt%-15wt%，10wt%-20wt%等等。
此外，当大约、大致等用于描述数值时，应当理解这通常包括了相对于所述值的微小的变化(例如±0.2)。
虽然已经详细描述了几种实施例，但是对本领域技术人员来说很显然可以对所公开的实施例进行改进。所以，前述说明被认为是示例性的，而非限制性的。

Claims (22)

1.封装的反应性材料，其包含：
反应性材料，其被配置来在曝露于预定气体时增大尺寸；和
包围着该反应性材料表面的惰性涂覆材料，该惰性涂覆材料被配置来允许该预定气体扩散通过到达该反应性材料，并且其具有这样的伸长率，该伸长率将不能容纳处于该预定气体完全饱和状态时的该反应性材料的膨胀。
2.权利要求1所述的封装的反应性材料，其中该反应性材料对于空气、溶剂或者水蒸气中的至少一种是反应性的，并且其中该惰性涂覆材料是空气、溶剂或者水蒸气中的所述至少一种不能透过的。
3.权利要求1所述的封装的反应性材料，其中该预定气体是氢气，和其中该反应性材料是选自下面的储氢材料：NaAlH4、KAlH4、LiAlH4、二价阳离子铝氢化物、混有单价铝氢化物的二价阳离子铝氢化物、硼氢化物、混有铝氢化物的硼氢化物、金属氢化物、铝烷、Mg(NH2)2、Li3B2NH10、MgH2、CaH2及其组合。
4.权利要求1所述的封装的反应性材料，其中该惰性涂覆材料选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、纤维素、混合分子量的聚苯乙烯、预定分子量的聚苯乙烯、丙烯酸类聚合物、缩醛、聚酰胺、聚酰亚胺、环氧树脂和聚四氟乙烯。
5.权利要求1所述的封装的反应性材料，其中该惰性涂覆材料掺杂有选自下面的促传热剂：膨胀天然石墨、传导性聚合物、传导性纳米结构及其组合。
6.权利要求1所述的封装的反应性材料，其中该惰性涂覆材料掺杂有选自下面的添加剂：摩擦降低剂、防磨损剂及其组合。
7.权利要求1所述的封装的反应性材料，其进一步包含沉积在该惰性涂覆材料上的至少一种另外的惰性涂覆材料，其中该至少一种另外的惰性涂覆材料是由不同于所述惰性涂覆材料中所用的聚合物的聚合物形成的。
8.权利要求1所述的封装的反应性材料，其中该惰性涂覆材料的厚度是1 μm-1mm。
9.权利要求1所述的封装的反应性材料，其中该反应性材料是固体物质，其初始直径是1mm-10cm。
10.权利要求1所述的封装的反应性材料，其中该预定气体选自氢气、二氧化碳、二氧化硫和甲烷气体。
11.权利要求1所述的封装的反应性材料，其中该反应性材料选自金属有机结构物、共价有机结构物、固有微孔性聚合物、Matérial Institut Lavoisier、矿气吸收剂、粘土、石墨结构和其他碳结构，和其中该惰性涂覆材料选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、纤维素、混合分子量的聚苯乙烯、预定分子量的聚苯乙烯、丙烯酸类聚合物、缩醛、聚酰胺、聚酰亚胺、环氧树脂和聚四氟乙烯。
12.封装反应性材料的方法，其包含：
选择惰性涂覆材料，该惰性涂覆材料被配置来允许预定气体扩散通过它，并且具有这样的伸长率，该伸长率将不容纳处于该预定气体完全饱和状态时的该反应性材料的膨胀；
将所选择的惰性涂覆材料溶解到非反应性有机或者无机溶剂中，来形成惰性涂覆材料溶液；
用该惰性涂覆材料溶液涂覆反应性材料的表面；和
允许该非反应性溶剂蒸发，由此在该反应性材料表面上形成惰性涂覆材料层。
13.权利要求12所述的方法，其进一步包含选择该惰性涂覆材料的厚度，来将该惰性涂覆材料层调节到预定灵敏度。
14.权利要求12所述的方法，其中用该惰性涂覆材料涂覆该反应性材料表面是如下来完成的：通过在传送机上将该反应性材料送入到该惰性涂覆材料溶液的浴中，通过将该反应性材料浸入到该惰性涂覆材料溶液中，或者通过将该惰性涂覆材料溶液喷涂到该反应性材料表面上。
15.权利要求12所述的方法，其中用该惰性涂覆材料涂覆该反应性材料表面是在不存在水时或者在不存在在高于该反应性材料去饱和温度的温度加热时完成的。
16.权利要求12所述的方法，其进一步包含：
选择不同于该惰性涂覆材料的第二惰性涂覆材料；
将所选择的第二惰性涂覆材料溶解到非反应性溶剂中来形成第二惰性涂覆材料溶液，该非反应性溶剂选自不透过或者不溶解该惰性涂覆材料层的溶剂；
用第二惰性涂覆材料溶液涂覆该惰性涂覆材料层；和
允许该非反应性溶剂蒸发，由此在已经形成于该反应性材料表面上的惰性涂覆材料层上形成第二惰性涂覆材料层。
17.权利要求16所述的方法，其中用该第二惰性涂覆材料溶液涂覆该惰性涂覆材料层是如下来完成的：通过在传送机上将该涂覆的反应性材料送入到该第二惰性涂覆材料溶液的浴中，通过将该涂覆的反应性材料浸入到该惰性涂覆材料溶液中，或者通过将该第二惰性涂覆材料溶液喷涂到该惰性涂覆材料层表面上。
18.权利要求16所述的方法，其进一步包含重复权利要求15的选择、溶解、涂覆和允许步骤，来在该反应性材料上形成预定数目的另外的惰性涂覆材料层。
19.权利要求12所述的方法，其中选择该惰性涂覆材料包括从如下选择材料：聚偏二氟乙烯(PVDF)、甲基纤维素、聚苯乙烯和聚四氟乙烯。
20.权利要求12所述的方法，其中该预定气体选自氢气、二氧化碳、二氧化硫和甲烷气体。
21.储氢封装的反应性材料，其包含：
反应性材料，其被配置来当被氢化时增大尺寸；和
包围着该反应性材料表面的至少一种惰性涂覆材料，该惰性涂覆材料被配置来允许氢气扩散通过到达该反应性材料，并且其具有这样的伸长率，该伸长率将不容纳处于完全氢化状态时的该反应性材料的膨胀。
22.权利要求21所述的储氢封装的反应性材料，其中该反应性材料选自NaAlH4、KAlH4、LiAlH4、二价阳离子铝氢化物、混有单价铝氢化物的二价阳离子铝氢化物、硼氢化物、混有铝氢化物的硼氢化物、金属氢化物、铝烷、Mg(NH2)2、Li3B2NH10、MgH2、CaH2及其组合，和其中该惰性涂覆材料选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、纤维素、混合分子量的聚苯乙烯、预定分子量的聚苯乙烯、丙烯酸类聚合物、缩醛、聚酰胺、聚酰亚胺、环氧树脂和聚四氟乙烯。
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