核壳结构粉体材料初探
2020-12-18 17:42:14
通常意义上说，核壳结构粉体是由一种材料通过化学键或其他作用力将另一种材料包覆起来形成的的有序组装结构。包覆在粒子外部的壳可以改变核材料的表面性质，并赋予粒子光、电、磁、催化等特性，如改变粒子表面电荷、赋予粒子功能性、增强表面反应活性、提高粒子稳定性等。
核壳材料一般由中心的核以及包覆在外部的壳组成。核壳部分材料可以是高分子、无机物和金属等。随着核壳材料的不断发展，其定义变得更加广泛。广义的核壳(core-shell)材料不仅包括由相同或不同物质组成的具有核壳结构的复合材料，也包括空心球（hollowspheres）、微胶囊（microcapsules）等材料。核壳材料外貌一般为球形粒子，也可以是其它形状。核壳结构粉体材料不能简单的认为是使用了粉体表面改性技术的粉体产品。
一、核壳结构材料的机理及应用前景
核壳材料由于其特殊的几何结构，与单一元素相比，通常可以改变其物理和化学性质，具有特别广阔的应用前景因此引起极大的研究兴趣。人们通过功能化颗粒的表面可以对材料的机械、电学、光学、磁学等各种性质进行调控。首先，核壳材料对应于材料核层与壳层单层材料的核层和壳层性质，可以调节核壳物质种类来控制复合材料总的性质。其次，由于核壳材料性质与核层、壳层层厚有关，控制制备工艺进而控制核层、壳层厚度可以调节核壳材料的性质。再次，核壳纳米复合材料由于在结构上对纳米粒子具有更可调性，因此有可能获得更理想的性质。另外，通过颗粒表面包覆可以保护颗粒免受外来化学的，物理的改变的影响。过去的十年中，人们通过各种粉体技术手段制备纳米，亚微米级的具有特定结构、光学和表面特性的核-壳结构的材料。有许多该类材料已经被用于涂料、电子、催化、分离、诊断等许多领域。
二、部分核壳结构粉体材料应用实例简介
1、生物功能材料
核壳材料由于其核与外壳可以由相同或完全不同的物质构成，这为不同物质间功能的组合提供了新思路和方法。由此思路设计可控药物释放体系，把药物做成核，把可以控制药物缓释的材料做成壳，就可以保持药物的定量持续释放，维持它在血液中浓度的相对平稳，减少给药次数和用量，有效的拓宽了给药途径，提高药物的生物利用度，同时降低了某些药物的副作用。
2、催化功能材料
核壳粉体材料在催化领域有广阔的应用前景。例如：高表面积的TiO2是热不稳定的，容易失去表面积。提高TiO2热稳定性的通常做法是将TiO2包覆在高表面积的颗粒上，大多数的研究集中在制备包覆在几百纳米到几微米SiO2，Al2O3和ZnO颗粒表面的TiO2催化剂。
3、核壳结构微纳米材料作为隐身材料
电磁波吸收材料在军事上有着极为重要的应用。所谓吸波材料，指的是材料将电磁波吸收后，通过自然共振、畴壁共振、磁滞损耗、介电损耗等机理，将电磁波能量转化为热能或者其他形式的能量，从而降低其反射率，达到躲过探测的效果。SangeetaThakur等通过微乳液法制备出核壳结构的磁性和导电纳米PANI/镍锌铁氧体，研究发现其具有不错的吸波性能。
4、光电功能材料
近年来，被证实比较有效的手段是在半导体纳米晶颗粒表面包覆带隙比核材料要宽的半导体材料，壳层的修饰作用可极大地提高核层的荧光量子产率，并增强稳定性，而且在一定的光波段带隙能量可调。由于两种不同带隙的化合物具有相近的晶体结构，使壳层在核层表面的定向生长成为可能，并使表面的缺陷不构成陷阱，从而提高核层的荧光量子产率，增强光稳定性。
小结：核-壳结构由于其独特的结构特性，整合了内外两种材料的性质，并互相补充各自的不足，是近几年复合粉体材料的一个重要研究方向，在诸多的领域有着广泛的应用前景。