專利名稱：鎳/聚苯乙烯/二氧化鈦核-殼結(jié)構(gòu)復合顆粒及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電磁響應性復合顆粒及其制備技術，特別涉及一種鎳/聚苯乙烯/二氧化鈦核-殼結(jié)構(gòu)的電磁響應復合顆粒及其制備方法。
背景技術：
近年來，在通訊和信息處理領域，光子正逐步取代電子作為信息的載體，即用光子取代電子進行信息處理、傳輸和存儲。于是，人們希望能像控制電子一樣來控制光子。光子晶體的誕生實現(xiàn)了人們在更小的尺度(微米，亞微米)上控制光的傳播，無損失地傳遞信息，因而，光子晶體也被稱之為“光的半導體”。由于光子晶體中光子帶隙的奇異特性，使光子晶體有著十分廣泛的應用前景，如光子晶體二極管、光開關、光子晶體諧振腔等。制備光子晶體的難度在于制作與光波的波長尺寸相當?shù)摹熬Ц瘛?，這是普通意義上的晶體的晶格尺寸的1000倍。目前制備光子晶體的方法主要有兩種途徑一種是精密加工法；另一種是基于單分散顆粒形成的蛋白石和反蛋白石結(jié)構(gòu)。其中，精密加工法大多是利用半導體微電子加工技術，其制備工藝復雜、造價昂貴，并且在制作可見光波長的尺寸方面受到限制；單分散膠體顆粒自組裝工藝簡單、造價低廉，是一種制備光子晶體的簡便途徑。但是該方法通常需要的時間周期較長，為幾周到幾個月。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鎳/聚苯乙烯/二氧化鈦核-殼結(jié)構(gòu)的電磁響應性復合顆粒，利用電磁流變技術使該復合顆粒在電場和磁場的調(diào)控作用下，在短時間內(nèi)排列形成三維有序結(jié)構(gòu)，以制備光子晶體。其基本做法是首先制備表面呈兩親性的磁性鎳粉，然后，采用聚合法以聚合物包覆磁性鎳粉，制得具有磁性的聚合物微球，然后在該磁性聚合物微球外包覆高介電的氧化鈦，形成金屬-聚合物-無機物多層包覆結(jié)構(gòu)的電磁響應性復合顆粒。用這種有機-無機物多層復合方法形成的電磁響應性復合顆粒，其性能良好、形態(tài)及粒徑大小容易控制、密度較低。當將一定量的該復合顆粒分散于于硅油中，對其施加電場或磁場時，復合顆粒排列形成了鏈狀結(jié)構(gòu)，而以垂直方向同時施加電場和磁場時，該顆粒排列形成了一種三維網(wǎng)狀花樣結(jié)構(gòu)，顯示了良好的電磁響應性。


圖1金屬鎳微粒的透射電鏡照片圖2鎳/聚苯乙烯微球的透射電鏡照片圖3鎳/聚苯乙烯微球的粒徑分布4鎳/聚苯乙烯二氧化鈦復合顆粒的透射電鏡照片圖5鎳/聚苯乙烯二氧化鈦單分散復合顆粒的透射電鏡照片圖6鎳/聚苯乙烯二氧化鈦單分散復合顆粒的粒徑分布7鎳/聚苯乙烯二氧化鈦復合顆粒在電場作用下的排列圖8鎳/聚苯乙烯二氧化鈦復合顆粒在垂直方向的電場和磁場作用下的排列具體實施方式
首先在聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇的乙醇溶液中溶解氯化鎳，用水合肼在堿性條件下還原氯化鎳，制得表面呈兩親性的磁性鎳粉；取一定量所制備的磁性鎳粉分散于乙醇-水溶液中，加入引發(fā)劑和少量分散劑，攪拌分散均勻后，加入單體苯乙烯溶脹20小時，通氮氣，升溫至一定溫度，恒溫反應10h左右，反應完畢，用磁鐵吸引分離，充分洗滌，得到鎳/聚苯乙烯灰色顆粒。將一定量所制備的鎳/聚苯乙烯復合顆粒超聲分散于正丁醇-乙醇混合溶液中，加入適量蒸餾水并調(diào)節(jié)其pH值為4左右，控制滴加速度，將一定濃度的鈦酸正丁酯的正丁醇溶液滴入上述分散液中，室溫反應5小時左右，離心分離，用無水乙醇洗滌，干燥，得到淺灰色鎳/聚苯乙烯/二氧化鈦復合顆粒。
本發(fā)明的實現(xiàn)過程和復合顆粒的的性能由實施例和

實施例一稱取2.0g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于無水乙醇中，然后攪拌溶解1.0g氯化鎳，得到綠色溶液a。另將一定濃度的氫氧化鈉加入到1.20g水合肼中，得到溶液b。將溶液a與b混合，并控制氯化鎳與水合肼的摩爾比為1∶6。超聲反應約半小時后，得到黑色沉淀，即表面被PVP修飾的磁性鎳粉，將磁鐵置于反應瓶下部吸引分離鎳粉，并用去離子水洗凈；其形態(tài)如附圖1的透射電鏡照片所示。
實施例二取0.2～1.0g前述制備的表面被修飾的磁性鎳粉分散于乙醇-水(2.5～3.5∶1)溶液中，加入0.10～0.50g引發(fā)劑和少量分散劑，攪拌分散均勻后，加入4～8ml單體苯乙烯溶脹16小時，通氮氣，升溫至65℃，恒溫反應10h左右，反應完畢，用磁鐵吸引分離，充分洗滌，得到鎳/聚苯乙烯(Ni/PSt)灰色顆粒，其形態(tài)和粒徑分布如附圖2的透射電鏡照片和附圖3的粒徑分布圖所示。
實施例三將0.05～0.3g鎳/聚苯乙烯復合顆粒超聲分散于乙醇中，加入適量蒸餾水并調(diào)節(jié)其pH值為2～5左右，控制滴加速度，將一定濃度的鈦酸正丁酯的乙醇溶液滴入上述分散液中，室溫反應4小時左右，離心分離，用無水乙醇洗滌，干燥，得到淺灰色鎳/聚苯乙烯/二氧化鈦(Ni/PSt/TiO2)復合顆粒；其形態(tài)如附圖4的透射電鏡照片所示。
實施例四將0.05～0.5g鎳/聚苯乙烯復合顆粒超聲分散于40～80ml正丁醇-乙醇(10∶1)混合溶液中，加入適量蒸餾水并調(diào)節(jié)其pH值為2～5左右，控制滴加速度，將一定濃度的鈦酸正丁酯的正丁醇溶液滴入上述分散液中，室溫反應5小時左右，離心分離，用無水乙醇洗滌，干燥，得到淺灰色鎳/聚苯乙烯/二氧化鈦(Ni/PSt/TiO2)復合顆粒；其形態(tài)和粒徑分布如附圖5的透射電鏡照片和附圖6的粒徑分布圖所示。
實施例五將少量制得的Ni/PSt/TiO2電、磁響應性復合微粒分散于硅油中，超聲分散均勻后，置于10mm×5mm×5mm的樣品池中，對其施加電場或磁場，并通過生物顯微鏡觀察顆粒的運動變化。當沒有外界場存在時，顆粒成隨機分散狀態(tài)；當施加大小為0.6kV/mm的電場時，觀察到其中的粒子排成如附圖7所示的鏈狀結(jié)構(gòu)。同樣，當施加磁場時，粒子也形成類似附圖7所示的結(jié)構(gòu)；當以垂直方向同時施加電場與磁場時，復合顆粒排列成如附圖8所示的花樣結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種鎳/聚苯乙烯/二氧化鈦核-殼結(jié)構(gòu)的電磁響應復合顆粒，其主要特征是該復合顆粒由介電性的二氧化鈦包覆磁性聚合物微球。
2.如權(quán)利要求1所述的鎳/聚苯乙烯/二氧化鈦核-殼結(jié)構(gòu)的復合顆粒，其特征是復合顆粒中的磁性聚合物微球是被非離子型表面活性劑修飾的磁性鎳粉。
3.如權(quán)利要求1所述的鎳/聚苯乙烯/二氧化鈦核-殼結(jié)構(gòu)的復合顆粒，其特征是聚苯乙烯包覆磁性鎳粉，形成鎳/聚苯乙烯磁性聚合物微球，其外層再包覆二氧化鈦形成核-殼結(jié)構(gòu)復合顆粒。
4.如權(quán)利要求1所述的鎳/聚苯乙烯/二氧化鈦電磁響應復合顆粒的制備方法，其特征是制備過程如下首先在聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇的乙醇溶液中，用水合肼在堿性條件下還原氯化鎳，制得表面呈兩親性的磁性鎳粉；取一定量所制備的磁性鎳粉分散于乙醇-水溶液中，加入引發(fā)劑和少量分散劑，攪拌分散均勻后，加入單體苯乙烯溶脹2～20h，通氮氣，升溫至50～80℃，恒溫反應5～10h左右，反應完畢，用磁鐵吸引分離，充分洗滌，得到鎳/聚苯乙烯顆粒。將一定量所制備的鎳/聚苯乙烯復合顆粒超聲分散于正丁醇-乙醇混合溶液中，加入適量蒸餾水并調(diào)節(jié)其pH值為2～5左右，控制滴加速度，將一定濃度的鈦酸正丁酯的正丁醇溶液滴入上述分散液中，室溫反應1～5小時左右，離心分離，用無水乙醇洗滌，干燥，得到鎳/聚苯乙烯/二氧化鈦復合顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電磁響應性復合顆粒的制備技術，特別涉及一種鎳/聚苯乙烯/二氧化鈦核－殼結(jié)構(gòu)的復合顆粒及其制備方法。本發(fā)明的鎳/聚苯乙烯/二氧化鈦核－殼結(jié)構(gòu)的復合顆粒是采用分散聚合法以聚苯乙烯包覆磁性鎳粉，并在顆粒外層包覆二氧化鈦形成核－殼結(jié)構(gòu)復合顆粒，其制備工藝簡單，容易控制復合顆粒的大小及形態(tài)；所得的鎳/聚苯乙烯/二氧化鈦核－殼結(jié)構(gòu)復合顆粒的性能良好、顆粒的形態(tài)及大小容易控制、密度較低，并具有較高的電磁響應性，

了所制備的復合顆粒的透射電鏡照片。該復合顆粒的制備為研究電磁場作用下顆粒的運動行為以及用電磁流變技術制備光子晶體提供基礎。
文檔編號C08K3/00GK1542043SQ03108008
公開日2004年11月3日 申請日期2003年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者趙曉鵬, 郭紅霞 申請人:西北工業(yè)大學