[发明专利]陶瓷纳米线的形成和改性以及其在功能材料中的使用

说明书

用于形成包含期望(第一)金属的金属有机化合物的无催化剂合成方法可包括例如选择另一种(第二)金属和有机溶剂，其中所述第二金属选定为(i)相对于所述第一金属的有机溶剂更具反应性，和(ii)在所述第二金属暴露于所述有机溶剂时，形成比所述金属有机化合物更易溶于所述有机溶剂的反应副产物。可以首先产生(例如，形成或以其他方式获得)包含第一金属和第二金属的合金，并且随后用处于液相或汽相的所述有机溶剂来处理所述合金来形成混合物，所述混合物包括：(i)包含所述第二金属的反应副产物，和(ii)包含所述第一金属的金属有机化合物。然后可以将所述金属有机化合物以固体形式从混合物中分离出来。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求享有2016年12月30日提交的标题为“Formation andModification of Ceramic Nanowires and their use in Functional Materials(陶瓷纳米线的配方和改性以及其在功能材料中的使用)”的美国非临时申请No.15/395,930；2016年3月14日提交的标题为“Formation and Modification of Ceramic Nanowires andtheir use in Functional Materials(陶瓷纳米线的配方和改性以及其在功能材料中的使用)”的美国临时申请No.62/307,864；以及2016年2月16日提交的标题为“Low Cost，Aluminum Oxide Nanowires for a safer，Higher Power，and Energy Dense All-Ceramic Li-Ion Battery Separator(用于更安全、功率更大并且能量密度更高的全陶瓷锂离子电池分隔部的低成本氧化铝纳米线)”的美国临时申请No.62/295,989的权益，所述的每个申请的全部内容在此都通过引用并入本申请中。

背景技术

技术领域

本申请总体上涉及纳米材料和纳米复合材料的合成与制造，并且更具体地涉及纳米线、晶须、长形纳米材料、多孔长形纳米材料等的合成以及它们在聚合物、陶瓷、玻璃和金属复合材料及催化剂、能量存储装置、膜/分隔部、过滤件、光学装置中的使用，以及其他应用。

背景技术

部分由于它们相对较轻的重量、较大的表面积和较好的机械特性，直径小于大约10微米低至几纳米、长度为从大约10nm到大约1mm、长宽比为从大约4到大约20,000、并且比表面积在从大约2到大约3,000m²/g范围内的长形陶瓷材料可以用于大范围的复合材料和纳米复合材料，以便提高各种机械特性、光学特性、热稳定性和其他特性。在大范围的复合材料应用中期望生产这些具有受控的尺寸和低成本并且通常称为纳米线、纳米纤维或晶须(取决于它们的尺寸和形态)的材料作为加强材料。在高温应用中热稳定纳米线和晶须可能尤其有吸引力。与碳纳米管和碳(纳米)纤维(主要由碳原子制成的其他类型的长形纳米材料)相比，陶瓷纳米线可提供改善的分散性、光学透明性、在高温下抗氧化的稳定性、电绝缘性、更易于改性的表面以及其他特性，这使它们对各种应用都具有吸引力。

然而，尽管陶瓷纳米线、纳米纤维和晶须具有有益的特性和商业潜力，但由于通常采用的合成技术(例如化学蒸汽沉积和水热合成等)的高成本并且调整它们性能尺寸、表面形态和其他特性的实验性能力有限，它们的应用相当有限。

因此，仍然需要用于合成陶瓷纳米线、纳米纤维、晶须和其他相关材料以及将它们改性和用于复合材料的改进方法。此外，还需要改进的材料和改进的制造方法。

发明内容

本申请公开的实施方式通过提供合成纳米线、晶须、长形纳米材料和多孔长形纳米材料等的改进方法来实现上述需求。

本申请公开的实施方式还解决了纳米线、晶须、长形纳米材料和多孔长形纳米材料等材料的各种应用，包括那些用于改进电池成分的材料、由这些改进的电池成分制造的改进电池的材料，以及制造和使用所述材料的方法。