[发明专利]一种制备多孔的覆有导电微米线/棒的复合微球材料的方法

说明书

技术领域

    本发明属于材料合成与制备。

背景技术

以粉末冶金法制备多孔材料可分为：松散烧结和反应烧结、渗流法、喷射沉积法、熔体发泡法、共晶定向凝固法等五种方法。这些方法的特点是将金属与铝配制熔融形成合金，或金属与盐待合金熔化完毕，出炉浇入模具之中，金属液凝固后得到金属合金与粒子的复合体，用水溶去复合体中的盐粒，得到具有三维连通泡孔的泡沫合金。应用高分子聚合方法制备微球材料是近年来高分子化学的发展(马光辉，苏志国编著，高分子微球材料，化学工业出版社，2005)，该过程包括有机高分子单体在机械搅拌或振荡和分散剂的作用下，单体分散成球状液滴，悬浮于水中，经过引发剂的作用，进行高分子聚合，又称球状聚合，聚合后产物经过简单的分离、洗涤、干燥等工序，即得球状高分子材料。

多孔气体传感器内的质量传递过程和吸附反应速率与孔结构密切相关，增加比表面积，使其与反应物充分接触，能提高传感器的灵敏度，使响应频率及信号输出快速稳定、降低功耗。另一方面，选择负载铜、锌、铂、钯、镍等多孔的催化剂使反应物更容易在电极表面附着，能降低反应过程的活化能，增加反应速度。再有，锂离子电池电极、燃料电池电极等也依赖微粉态的导电体或半导体新材料。因此，复合有氧化物、金属及高分子的多孔材料应用范围远远超过单一功能的材料。如果能够在高分子聚合过程中形成具有无机物的高分子的复合微球材料，或进一步把金属粉末包覆或/和贯穿到复合微球表面及内部，形成氧化物、金属及高分子的多孔的复合微球材料，将在航空、航天、化工、建材、冶金、原子能、石化、机械、医药和环保等诸多领域具有十分广泛的应用前景。

此前本发明人提供了“用复合溶剂还原制备银纳米线的方法”（ZL200610010847.3），该专利文献中，发明人用该方法制备了Ag线或Ag棒状金属粉末，进一步的试验证明，用该方法及其复合溶剂也能够还原获得Cu粉，Au粉，Ni粉，Pd粉，Pt导电的棒状金属微粉及合金粉。

发明内容

本发明目的在于提供一种制备多孔的覆有导电微米线或/和棒的微球材料方法，使该材料既具有良好的金属特性，又具有大比表面积的氧化物敏感或催化特性，使其作为化学反应速率快，灵敏度高的气敏传感器的电极、催化剂及锂离子电池的电极、燃料电池电极等材料。

以上目的通过以下方式达到，包括以下步骤：

    （1）微乳液的形成：以体积比为1:4丁醇/水混合物作为分散介质，将苯乙烯和二乙烯基苯高分子单体散入分散介质中，其中，每种高分子单体的W/V浓度为20~40%；超声波强力振荡或高速搅拌形成 O/W 乳液，再加入占O/W 乳液体积比0.2~5%的聚乙烯基吡咯烷酮作为分散剂，超声波强力振荡或高速搅拌形成O/W/O 乳液，然后，加入占O/W/O 乳液体积比0.5~2%的偶氮二异丁腈作为引发剂，在40~90℃进行高分子聚合反应；

（2）制备或利用Ag或Cu或Au或Ni或Pd或Pt微米的导电棒状金属微粉之一种或几种，作为表覆或/和包覆微球的金属微粉材料；

（3）制备复合微球：将含高分子聚合反应乳液质量比1～25%线或棒状的金属粉末和乳液体积比20～40%金属离子盐水溶液加入高分子聚合反应器里，用碱液逐渐调节pH值9～12，在一定温度下进行聚合2~48hr，陈化2～24hr，过滤；

（4）复合球的多孔化：在空气中，或氮气保护，或氢气保护的管式炉中进行处理，以10~30℃/min温度速率逐渐升温至80～750℃，保温2～48hr，然后以10℃/min速率逐渐降温至室温，得到多孔的覆有导电微米棒的粒径为10微米～3毫米的复合微球材料。

所述的制备复合微球材料方法是在步骤（2）中，制备Ag或Cu或Au或Ni或Pd或Pt微米的导电棒状金属微粉之一种或几种方法，是根据“用复合溶剂还原制备银纳米线的方法”（ZL200610010847.3）进行制备。

所述的制备复合微球材料方法进一步是步骤（3）的金属离子盐为含铝、镁、钙、铈、锡、钼、锆、钨、钛、铜、铁、镍、锰、钴以及锌离子之一种盐或几种盐混合物，其盐是硝酸盐或硫酸盐或氯化物或草酸盐或有机化合物，根据催化材料的催化需要或对特定气体敏感的氧化物组分需要，确定加入离子及盐类。

所述的制备复合微球材料方法进一步是：在步骤（3）中调节pH值到9～12的碱液为浓度10%~30%的NaOH溶液或浓度10%~30%的碳酸钠溶液，优选为浓度20%的碳酸钠溶液。

应用以上所述的制备的复合微球材料之一种的用途：