【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及碳材料領域，特別涉及一種復合微球(有機無機復合微球、硅碳復合微球)及其衍生的碳微球、二氧化硅微球的制備方法和應用。
技術介紹
1、有機、無機復合材料即用有機材料與無機材料通過某種方式結合而成的全新材料。復合后的新材料具有有機、無機材料的各自優點，并且可以在力學光學、熱學、電磁學和生物學等方面賦予材料許多優異的性能，正在成為材料科學研究的熱點之一。納米復合材料是一類新型復合材料，它是指一種或多種組分以納米量級的微粒，即接近分子水平的微粒復合于基質中構成一種復合材料，納米復合材料因其分散相尺寸介于宏觀與微觀之間的過渡區域，將給材料的物理和化學性質帶來特殊的變化，正日益受到關注，納米材料被譽為21世紀最有前途的材料，該類材料研究的種類已經涉及到無機物、有機物和非晶態材料等。納米有機無機復合材料衍生的材料更是顯示出良好的設計性，可以賦予衍生材料不同的特性。但目前的納米有機無機復合材料往往是通過將有機材料和無機材料通過復合制備而來，缺乏良好的設計性，結構上也較為單一。
2、此外，隨著全球石化資源的不斷消耗，產生了較為嚴重的能源危機，同時也造成了大量的環境污染。在此背景之下，新能源的應用得到大量的關注，如風能、水能、太陽能等清潔能源的使用得到更廣泛的普及和應用。能源的儲存和轉換是實現清潔能源應用的重要基礎，如電池、超級電容器等器件為清潔能源的儲存和轉換提供了媒介，在新能源汽車、卡車、公交車、電動自行車等交通工具中得到廣泛使用。碳材料作為能源儲存和轉換器件的主要組成部分，對儲存和轉換器件的性能起到重要作用，在諸多碳材
3、酚醛樹脂具有較好的熱穩定性、高的殘碳、低的成本、易成孔的優點，是制備碳微球的理想材料。以酚醛樹脂為基體可以制備不同形貌和孔結構的碳微球，如實心、空心、殼核等微觀結構，以及微孔、介孔等孔結構。微孔能夠創造大量的表面積，有利于離子的吸附，而介孔具有更大的尺寸，可以有效促進離子的傳輸，微孔與介孔的有效結合則可以實現多重效益。殼核結構，特別是軟黃結構是一類特殊結構的碳微球，具有一定的空腔，以及內外不同結構的核心和殼層，作為電極材料具有良好的儲能效率。目前，在各類殼核結構碳微球的制備方法大多是在表面活性劑的調控下獲得的，在無表面活性劑條件下獲得殼核或軟黃結構介孔碳微球仍然是一個挑戰，而具有多層次、分級孔結構的介孔碳微球的制備是一個更大的挑戰。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是：提供一種具有多層次結構的復合材料微球，其具有良好的可設計性，并提供基于該微球的衍生材料及其制備方法，所述衍生材料包括有機無機復合微球、硅碳微球、碳硅球、二氧化硅微球。所述衍生材料具有多層次形貌，多級分層的微/介孔結構，在各種場景中均具有良好的應用潛力。
2、為了解決上述技術問題，本專利技術提供一種微球，包括由酚醛樹脂形成的內核，形成在所述內核表面的第一殼層，形成在所述第一殼層表面的第二殼層，以及形成在所述第二殼層表面的第三殼層；
3、其中，所述第一殼層的組成包括二氧化硅，所述第二殼層的組成包括二氧化硅和酚醛樹脂，所述第三殼層的組成包括酚醛樹脂。
4、進一步地，所述第二殼層中二氧化硅的含量由內至外呈梯度逐漸減小。
5、更進一步提供一種微球的制備方法，包括：
6、形成酚醛樹脂內核的步驟；
7、在所述酚醛樹脂內核的表面形成由二氧化硅組成的第一殼層的步驟；
8、在所述第一殼層的表面形成由二氧化硅/酚醛樹脂組成的第二殼層的步驟；
9、以及，在所述第二殼層的表面形成由酚醛樹脂組成的第三殼層的步驟。
10、進一步地，所述酚醛樹脂內核為在溶劑和堿性催化劑中，酚和醛進行酚醛縮合反應形成。
11、進一步地，所述第一殼層由硅酸酯在溶劑和堿性催化劑中水解縮合形成。
12、進一步地，所述第二殼層為在溶劑和堿性催化劑中，酚和醛進行酚醛縮合反應的產物，與硅酸酯在所述溶劑和堿性催化劑中水解縮合的產物共同組裝形成。
13、進一步地，所述第三殼層為在升溫條件下，在溶劑和堿性催化劑中，酚和醛進行酚醛縮合反應形成。
14、具體地，所述制備方法包括如下步驟：
15、s1、在溶劑中混合酚和堿性催化劑，得反應液；
16、s2、向所述反應液中加入醛并攪拌至渾濁，得渾濁液；
17、s3、向所述渾濁液中加入硅酸酯，反應1～24h；
18、s4、升溫所述渾濁液并反應1～48h；
19、s5、分離、洗滌并干燥所述渾濁液獲得所述微球。
20、進一步地，所述酚選自間苯二酚、3-氨基酚中的至少一種。
21、進一步地，所述醛選自甲醛或多聚甲醛。
22、進一步地，所述堿性催化劑選自氨水、乙二胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、六亞甲基四胺、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇、氫氧化鎂中的至少一種。
23、進一步地，所述溶劑選自水、乙醇、甲醇、丙酮、四氫呋喃、甲烷、三氯甲烷中的至少一種。
24、進一步地，所述硅酸酯選自硅酸四乙酯、四丙氧基硅烷、硅酸四丁酯、正硅酸四異丙酯中的至少一種。
25、進一步地，所述硅酸酯在所述反應液出現渾濁1～16h后被加入所述反應液中。
26、進一步地，所述酚醛樹脂為由c、h、o元素組成的純酚醛樹脂或摻雜酚醛樹脂，所述摻雜酚醛樹脂包含b、n、p、s等元素中的至少一種元素的摻雜。
27、進一步地，所述第二殼層中二氧化硅的含量由內至外呈梯度逐漸減小。
28、進一步提供一種有機無機復合微球，由前述制備方法制備得到。
29、更進一步提供一種硅碳微球，由前述制備方法制備的微球經過碳化后獲得。
30、更進一步提供一種碳微球，由前述制備方法制備的微球依次經過碳化和去除二氧化硅后獲得。
31、更進一步提供一種二氧化硅微球，由前述制備方法制備的微球依次經過碳化、除碳獲得；
32、或，所述微球經過去除酚醛樹脂獲得。
33、如前述制備方法所制備得到的微球在制備電極材料、模塑料、吸附材料、藥物負載材料或催化材料的應用。
34、本專利技術的有益效果在于：本專利技術所制備得到的微球或有機無機復合微球具有多層次結構和良好的可設計性，可進一步設計獲得功能性的硅碳微球、碳微球、二氧化硅微球等衍生物。采用本專利技術制備的碳微球具有多層次形貌，可以為離子的擴散提供不同的活性位點，微孔結構提供了大量的表面積，可以為離子的附著創造大量的活性位點，介孔結構提供了大的孔洞，為離子的傳輸提供快速通道，有效減小了離子傳輸阻力，促進了離子的高效流通。殼核結構中的空腔可以儲存大量的電解液，為離子的傳輸提供大量的媒介。外層微孔結構對碳微球的形貌起到保護作用，可以有效提高碳微球的穩定性，以該碳微球制備的超級電容器電極本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種微球，其特征在于，包括由酚醛樹脂形成的內核，形成在所述內核表面的第一殼層，形成在所述第一殼層表面的第二殼層，以及形成在所述第二殼層表面的第三殼層；
2.一種微球的制備方法，其特征在于，包括：
3.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，所述第二殼層中二氧化硅的含量由內至外呈梯度逐漸減小。
4.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，所述酚醛樹脂內核為在溶劑和堿性催化劑中，酚和醛進行酚醛縮合反應形成。
5.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，所述第一殼層由硅酸酯在溶劑和堿性催化劑中水解縮合形成。
6.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，所述第二殼層為在溶劑和堿性催化劑中酚和醛進行酚醛縮合反應的產物，與硅酸酯在所述溶劑和堿性催化劑中水解縮合的產物共同組裝形成。
7.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，所述第三殼層為在升溫條件下，在溶劑和堿性催化劑中酚和醛進行酚醛縮合反應形成。
8.根據權利要求4、6或7所述制備方法，其特征在于，所述酚選自間苯二酚、3-氨基酚中的至少一種。
<...【技術特征摘要】
1.一種微球，其特征在于，包括由酚醛樹脂形成的內核，形成在所述內核表面的第一殼層，形成在所述第一殼層表面的第二殼層，以及形成在所述第二殼層表面的第三殼層；
2.一種微球的制備方法，其特征在于，包括：
3.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，所述第二殼層中二氧化硅的含量由內至外呈梯度逐漸減小。
4.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，所述酚醛樹脂內核為在溶劑和堿性催化劑中，酚和醛進行酚醛縮合反應形成。
5.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，所述第一殼層由硅酸酯在溶劑和堿性催化劑中水解縮合形成。
6.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，所述第二殼層為在溶劑和堿性催化劑中酚和醛進行酚醛縮合反應的產物，與硅酸酯在所述溶劑和堿性催化劑中水解縮合的產物共同組裝形成。
7.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，所述第三殼層為在升溫條件下，在溶劑和堿性催化劑中酚和醛進行酚醛縮合反應形成。
8.根據權利要求4、6或7所述制備方法，其特征在于，所述酚選自間苯二酚、3-氨基酚中的至少一種。
9.根據權利要求4、6或7所述制備方法，其特征在于，所述醛選自甲醛...
【專利技術屬性】
技術研發人員：翟蘇宇，黃世俊，張志建，黃夢蕓，賴文忠，陳凱，羅堯森，張振偉，羅建峰，
申請(專利權)人：三明學院，
類型：發明
國別省市：
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