[发明专利]一种快速构建多尺度纳米复合改性材料的方法

说明书

本发明首次提出了一种快速构建多尺度纳米复合改性材料的方法，将合成主相材料的原料与外掺原料混合，然后在特定激发条件下，同步引发主相材料的化学合成反应和外掺原料的分解反应，实现外掺原料分解所得复合相在主相材料中的原位复合。本发明涉及的材料设计与制备技术简单、可控，实用，可为纳米复合材料的制备及其功能化改进提供了一条全新思路。

技术领域

本发明属于功能材料制备技术领域，具体涉及一种快速构建多尺度纳米复合改性材料的方法。

背景技术

功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高科技领域和国防建设的重要基础材料。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分，可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏(智能)材料。

功能材料常被设计成复合结构，通过两种或多种不同性质的材料用物理或化学方法在不同尺度上经过一定的空间组合而形成多相材料系统。此时，材料体系既能保留原组分材料的主要特色，又通过复合效应获得原组分所不具有的性质。

目前，复合材料的制备分为原位复合及非原位复合两种：其中非原位复合是将两种或多种不同性质的材料直接混合，获得多相的材料系统；原位复合是将多种原料混合，利用原料间的化合反应，进而得到多种产物的多相材料系统。

在复合材料的原位合成过程中，由于反应起始原料被其他不参与的反应原料阻隔，常常出现化合反应不完全的情况，导致实际复合材料与原始设计的材料系统差之甚远。因此，寻求一种全新的并且能完全可控的复合材料原位制备技术显得异常重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速构建多尺度纳米复合改性材料的方法，通过在主相材料化学合成步骤中，同步激发引入的外掺原料发生分解反应形成复合相，实现主相材料与外添加原料分解产物的原位复合，进而形成多尺度纳米复合材料；该方法涉及的复合手段简单、可控，要求主相材料的合成条件与外添加剂原料分解产物的分解条件相同，可为纳米复合材料的制备及其功能化改进提供了一条全新思路。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种快速构建多尺度纳米复合改性材料的方法，将合成主相材料的原料与外掺原料混合，然后在激发条件下，同步引发主相材料的化学合成反应和外掺原料的分解反应，实现外掺原料分解所得复合相在主相材料中的原位复合。

上述方案中，所述主相材料为Cu₂Se或CoSb₃。

上述方案中，所述外掺原料为Bi₂SeO₂或Ag₂S。

上述方案中，所述原位复合包括元素掺杂、插层和/或形成纳米第二相。

上述方案中，所述外掺原料相对于主相材料的摩尔用量比例为0～5％。

上述方案中，针对Cu₂Se主相材料，采用的合成原料为Cu粉和Se粉，外掺原料为Bi₂SeO₂；其中Cu粉、Se粉、Bi₂SeO₂的摩尔比为2:1:(0.05～0.5％)。

优选的，针对Cu₂Se主相材料采用的激发条件为：放入等离子活化烧结(PAS)设备中在等离子体活化阶段活化30～60s，其中控制脉冲电流10～200A，脉冲电压1～5V，轴向压力为30～80MPa，保护气氛为真空条件、N₂或Ar气。