CN1285949C - 多孔氧化硅/镍/二氧化钛核－壳结构电磁响应性复合颗粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁响应性复合颗粒的制备技术，特别涉及一种多孔二氧化硅/镍/二氧化钛核-壳结构的复合颗粒及其制备方法。与以往的复合颗粒相比，本发明的多孔二氧化硅/镍/二氧化钛核-壳结构的复合颗粒是用化学镀的方法在该多孔二氧化硅微球上沉积镍层，然后包覆二氧化钛，所形成的多孔二氧化硅/镍/二氧化钛核-壳结构的复合颗粒性能稳定、密度较低，附图说明了所制备的复合颗粒的扫描电镜照片。该复合颗粒的排列行为可通过外界电场和磁场强度调节，显示了良好的电磁响应性，该复合颗粒的制备为研究电磁场作用下颗粒的运动行为以及用电磁流变技术制备光子晶体提供基础。

Description

多孔氧化硅/镍/二氧化钛核-壳结构电磁响应性复合颗粒及其制备方法

技术领域  本发明涉及一种电磁响应性复合颗粒的制备技术，特别涉及一种多孔二氧化硅/镍/二氧化钛核-壳结构的复合颗粒及其制备方法。

背景技术  光子晶体是两种或者两种以上的电介质材料周期性排列形成的人工晶体，它提供了一种新的控光机制，因而，被称为“光的半导体”。光子晶体的制备途径目前主要集中在两个方向：自上而下的纳米加工技术和自下而上的自组装技术。前者不足之处在于成本过高，并且在制备可见光波段的三维结构材料方面仍具有较大的挑战。后者虽操作简便、成本低廉，但通常需要一周甚至一个月的时间才能实现颗粒自组装成高质量的有序结构。电磁流变液中悬浮的颗粒在电场和磁场的作用下，将会形成类似于晶体的bct或fcc结构，该技术提供了以可控方式在短时间内制备光子晶体的新方法。目前，这种具有电、磁响应性复合粒子的制备是首先在大粒径的二氧化硅微球上用化学镀沉积磁性镍层，然后利用溶胶凝胶法在颗粒外层包覆PZT或介电材料。但这种方法所制得的微球平均粒径过大，达几十微米，且复合颗粒密度较大，易沉降，从而重力场会影响电磁场诱导的结构演化与控制。

发明内容  本发明的目的是提供一种多孔二氧化硅/镍/二氧化钛核-壳结构的电磁响应性复合颗粒。利用化学镀的方法在粒径适当的多孔二氧化硅微球上沉积磁性镍层，然后包覆高介电常数、低电导率的二氧化钛层，形成多孔二氧化硅/镍/二氧化钛多层电磁响应性复合颗粒。这样，以多孔二氧化硅微球代替实心的二氧化硅微球，将使复合颗粒的密度大大降低。所形成的多孔无机物-无机物多层复合的电磁响应性复合颗粒，其性能稳定、密度较低。当将一定量的该复合颗粒分散于于硅油中，对其施加电场或磁场时，复合颗粒排列形成了链状结构，而以垂直方向同时施加电场或磁场时，该颗粒排列形成了一种网状花样结构，显示了良好的电磁响应性。

附图说明

图1镍沉积多孔二氧化硅微球形成磁性微球的扫描电镜照片

图2多孔二氧化硅/镍磁性微球的粒径分布图

图3多孔二氧化硅/镍/二氧化钛复合颗粒的扫描电镜照片

图4多孔二氧化硅/镍/二氧化钛复合颗粒的粒径分布图

图5多孔二氧化硅/镍/二氧化钛复合颗粒在电场作用下的排列

图6多孔二氧化硅/镍/二氧化钛复合颗粒在垂直方向的电场和磁场作用下的排列

具体实施方式  首先以聚乙二醇(PEG，Wt 4000)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂制备多孔二氧化硅微球，然后用化学镀的方法在多孔二氧化硅微球上沉积磁性镍层，形成多孔二氧化硅/镍磁性微球；最后将一定量所制备的多孔二氧化硅/镍磁性微球超声分散于正丁醇-乙醇混合溶液中，调节溶液的pH值，将钛酸正丁酯的正丁醇溶液控制地滴加入该分散液中，室温反应后，离心分离，用无水乙醇洗涤，干燥，得到浅灰色多孔二氧化硅/镍/二氧化钛复合颗粒。

本发明的实现过程和复合颗粒的的性能由实施例和附图说明：

实施例一：将1.0～5.0g的聚乙二醇和0.1～0.4g的十六烷基三甲基溴化铵溶于2mol·l^-1的盐酸溶液中，再加入15.0g去离子水，搅拌下加入5.8g的正硅酸乙酯(TEOS)，然后将该混合液在35℃下恒温搅拌20h，再转移至聚四氟乙烯瓶中，在100℃恒温陈化24h，结果生成白色的二氧化硅微球，将其离心分离，并用蒸馏水充分洗涤，室温干燥。干燥后得到的白色二氧化硅微球在600℃煅烧4h，得到多孔二氧化硅微球。

实施例二：将实施例一制得的多孔二氧化硅微球用0.05～0.3mol·l^-1的氯化亚锡(SnCl₂)溶液超声浸泡处理10～40min，洗涤后，再用0.001～0.003mol·l^-1的氯化钯(PdCl₂)溶液再处理10～40min，洗涤后，将其转移至化学镀液中，其镀液成分为硫酸镍0.10～0.20mol·l^-1，次亚磷酸钠0.15～0.30mol·l^-1，醋酸铵0.25～0.35mol·l^-1，柠檬酸钠0.045～0.055mol·l^-1，醋酸铅5.0×10^-3～8.0×10^-3mol·l^-1，镀液的pH值为7.0～8.0，在30～50℃下反应5～20min后，即得到黑色的多孔二氧化硅/镍磁性微球，磁铁分离后，用蒸馏水充分洗涤，其形态和粒径分布如附图1的扫描电镜照片和附图2的粒径分布图所示。

实施例三：将0.05～0.5g多孔二氧化硅/镍磁性微球超声分散于40～80ml正丁醇-乙醇(10∶1)混合溶液中，加入适量蒸馏水并调节其pH值为2～5，控制滴加速度，将一定浓度的钛酸正丁酯的正丁醇溶液滴入上述分散液中，室温反应5小时，离心分离，用无水乙醇洗涤，干燥，得到浅灰色多孔二氧化硅/镍/二氧化钛复合颗粒；其形态和粒径分布如附图3的扫描电镜照片和附图4的粒径分布图所示。

实施例四：将制得的多孔二氧化硅/镍/二氧化钛电磁响应性复合微粒分散于硅油中，超声分散均匀后，置于10mm×5mm×5mm的样品池中，对其施加电场或磁场，并通过生物显微镜观察颗粒的运动变化。当没有外界场存在时，颗粒成随机分散状态；当施加大小为0.6kV/mm的电场时，观察到其中的粒子排成如附图5所示的链状结构，并且形成的链状结构还可通过电场强度来调节。同样，当施加磁场时，粒子也形成类似附图5所示的结构；当同时以垂直方向施加电场与磁场时，复合颗粒排列成如附图6所示的网状花样结构，这说明所制得的镍/聚苯乙烯/二氧化钛(Ni/PSt/TiO₂)复合微粒对电场和磁场的响应性良好。

Claims (5)

1.一种多孔二氧化硅/镍/二氧化钛核-壳结构的电磁响应性复合颗粒，其主要特征是该复合颗粒是在多孔二氧化硅上沉积镍，形成多孔二氧化硅/镍磁性微球，外层包覆二氧化钛形成的核-壳结构复合颗粒。

2.如权利要求1所述的多孔二氧化硅/镍/二氧化钛核-壳结构复合颗粒，其特征是复合颗粒中的多孔二氧化硅微球是以十六烷基三甲基溴化铵阳离子表面活性剂和聚乙二醇非离子表面活性剂为模板剂制备的多孔二氧化硅微球。

3.如权利要求1所述的多孔二氧化硅/镍/二氧化钛核-壳结构复合颗粒，其特征是复合颗粒中的镍层是采用化学镀的方法沉积在多孔二氧化硅微球上，其镀液成分为：硫酸镍0.10～0.20mol·l^-1，次亚磷酸钠0.15～0.30mol·l^-1，醋酸铵0.25～0.35mol·l^-1，柠檬酸钠0.045～0.055mol·l^-1，醋酸铅5.0×10^-3～8.0×10^-3mol·l^-1，镀液的pH值为7.0～8.0。

4.如权利要求1所述的多孔二氧化硅/镍/二氧化钛核-壳结构复合颗粒，其特征是复合颗粒中的二氧化钛是采用钛酸正丁酯在乙醇-正丁醇中水解形成的。

5.一种多孔氧化硅/镍/二氧化钛核-壳结构电磁响应性复合颗粒的制备方法，其特征是制备过程如下：

首先以2.0g聚乙二醇和0.2g十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，在2mol·l^-1的盐酸溶液中以正硅酸乙酯为前驱体水解形成二氧化硅微球，经600℃煅烧4h得到多孔二氧化硅微球；将制得的多孔二氧化硅微球用0.05～0.3mol·l^-1的氯化亚锡预处理10～40min之后，再用0.001～0.003mol·l^-1的氯化钯溶液预处理10～40min，洗涤后，转移至化学镀液中，其镀液成份为：硫酸镍0.10～0.20mol·l^-1，次亚磷酸钠0.15～0.30mol·l^-1，醋酸铵0.25～0.35mol·l^-1，柠檬酸钠0.045～0.055mol·l^-1，醋酸铅5.0×10^-3～8.0×10-3mol·l^-1，镀液的pH值为7.0～8.0，在50℃下反应10min，磁铁吸引分离，并用蒸馏水充分洗涤，得到多孔二氧化硅/镍磁性微球；然后将0.05～0.5g所制备多孔二氧化硅/镍磁性微球超声分散于40～80ml正丁醇-乙醇(10∶1)混合溶液中，调节溶液pH值为2～5，将钛酸正丁酯的正丁醇溶液控制地滴加入该分散液中，室温反应5h，离心分离，用无水乙醇洗涤，干燥，得到多孔二氧化硅/镍/二氧化钛复合颗粒。

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