【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及粉體材料。更具體地，涉及一種具有雙層結構的隔熱中空微球及其制備方法和應用。
技術介紹
1、面向“雙碳”目標，節能減排的重要性更趨凸顯。具體到節能，除通過優化工業過程自身特性降低能耗外，對于設備和介質的熱能傳輸與耗散的有效控制也是節約能耗的重要手段。而高效隔熱材料的設計、控制合成和應用是節能領域的重要抓手和支撐技術。對于熱量的傳輸和擴散而言，熱傳導、熱對流和熱輻射是主要方式。目前隔熱材料研究中多采用空腔結構實現對氣體對流的控制，降低對流傳熱。同時不同形式的空腔結構(如材料內部的大尺寸密閉中空內核、不同尺度的多孔孔道等)也會降低對熱傳導貢獻比較大的高導熱系數的有效物質含量，并延長傳熱路徑，從而增大熱阻，降低材料的整體導熱系數。目前已有多種無機(如無機鹽、氧化物等)或有機材料(通常為聚合物)中空或多孔結構用于高效率隔熱的研究。其具體空腔結構可以是開放或閉合的空腔或孔道，而宏觀應用形式多為粉末填充、隔熱涂層或隔熱板等。相對而言，閉合空腔對于熱對流的抑制和對環境因素(如潮氣吸附導致性能下降)的耐受性更高，在長效服役方面更具優勢。
2、中空微球結構是一類典型的空腔結構。其球形外形賦予其優異的流動性和填充性，便于作為填料制備復合材料或作為粉體獨立使用。尤其是具有封閉空腔結構(致密球殼)的中空微球，因其高度的結構和性能穩定性而獲得廣泛關注。其原因在于，高穩定性有利于隔熱性能的長期有效維持，同時較高的力學強度(力學環境下的結構穩定性)利于其在結構-功能一體化材料設計中的應用。然而，與其他類型的中空或多孔材料類似，普通中空
技術實現思路
1、基于以上問題，本專利技術的一個目的在于提供一種具有雙層結構的隔熱中空微球及其制備方法和應用。該隔熱中空微球具有低密度、高強度、低發射率和低導熱系數的性能，很好的解決了輕質高強度中空微球隔熱材料低發射率和低導熱系數的協同調控問題。
2、為達到上述目的，本專利技術采用下述技術方案：
3、一方面，本專利技術提供一種具有雙層結構的隔熱中空微球，所述隔熱中空微球的結構中包含中空內核，以及由內而外依次設置的玻璃球殼層和金屬復合層；
4、所述金屬復合層由若干金屬硫化物區域及摻雜在各金屬硫化物區域間的金屬顆粒構成；其中，各金屬硫化物區域中，金屬硫化物顆粒聚集形成內部空心的結構。
5、進一步地，所述金屬顆粒與金屬硫化物顆粒中的金屬元素相同。
6、進一步地，所述金屬顆粒和金屬硫化物顆粒中的金屬元素選自鎳、鈷、鐵和銅中的一種。
7、本專利技術隔熱中空微球的內部為大比例連續空腔，中間為玻璃球殼，外側為小尺寸硫化物空腔和金屬的復合物。玻璃球殼為密閉連續殼，為整個結構提供力學支撐；外側球殼為疏松分布的金屬硫化物顆粒中空微球和金屬顆粒。微球內部和外側球殼上不同尺寸和分布狀態的空腔賦予該中空微球較低的導熱系數，同時外側金屬顆粒的存在降低了微球的發射率。
8、進一步地，按重量百分含量計，所述隔熱中空微球中，包含35-75wt％的玻璃球殼層、15-35wt％的金屬硫化物顆粒和5-30wt％的金屬顆粒。
9、進一步地，按重量百分含量計，所述隔熱中空微球中，玻璃球殼層的含量包括但不限于為35-60wt％、40-60wt％、45-60wt％、50-60wt％、55-60wt％等。
10、進一步地，按重量百分含量計，所述隔熱中空微球中，金屬硫化物顆粒的含量包括但不限于為16-35wt％等。
11、進一步地，按重量百分含量計，所述隔熱中空微球中，金屬顆粒的含量包括但不限于為10-30wt％、11-30wt％等。進一步地，所述隔熱中空微球的密度為0.3-0.9g/cm3、平均直徑為10-80μm。
12、又一方面，本專利技術提供如上所述的隔熱中空微球的制備方法，包括如下步驟：
13、在玻璃中空微球表面定向組裝金屬氧化物球殼，得到微球a；
14、將微球a進行表層局域硫化處理，得到所述隔熱中空微球。
15、進一步地，所述玻璃中空微球在使用前經浮選處理。具體包括：
16、將玻璃中空微球浸入浮選液，收集上浮的玻璃中空微球，烘干后得到浮選處理后的玻璃中空微球。
17、進一步地，所述玻璃中空微球為具有硅酸鹽玻璃球殼的中空微球。其可以是商業途徑購買獲得的，也可以是采用本領域已知的方法制備得到的。對所述具有硅酸鹽玻璃球殼的玻璃中空微球的結構尺寸沒有特別的限定，適用于本申請的專利技術目的，同時所述硅酸鹽球殼的厚度為0.3-2μm即可。
18、進一步地，所述浮選處理中玻璃中空微球與水的比例為1:10-1:3。
19、進一步地，在玻璃中空微球表面定向組裝金屬氧化物球殼的方法包括如下步驟：
20、將玻璃中空微球與反應液混合，于空氣氣氛中反應，得到具有玻璃/金屬氧化物雙球殼的微球a；
21、其中，所述反應的溫度為400-600℃，時間為30-240min，優選為60min；
22、所述反應液由金屬鹽、水溶性有機物和水組成；
23、所述金屬鹽選自所述金屬的硝酸鹽或有機酸鹽；
24、所述水溶性有機物選自蔗糖、淀粉和檸檬酸中的一種或幾種；
25、所述玻璃中空微球與金屬鹽、水溶性有機物和水的質量比為2:10-15:4-5:3-5。
26、進一步地，所述反應的溫度包括但不限于為400-550℃、400-500℃、400-450℃、450-600℃、450-550℃、450-500℃、500-600℃、500-550℃、550-600℃、600℃等。
27、進一步地，所述方法還包括反應后過篩的步驟。所述過篩的方式為：將反應所得產物于50-300目標準篩上輕輕研磨按壓分散并通過篩孔。
28、進一步地，所述將微球a進行表層局域硫化處理的方法包括如下步驟：
29、將所述微球a與升華硫混合，在還原性氣氛中熱處理，得到所述隔熱中空微球；
30、其中，所述熱處理的溫度為450-600℃，時間為3-10h，優選為5h。
31、進一步地，所述熱處理的溫度包括但不限于450-550℃、450-500℃、500-600℃、500-550℃、550-600℃、600℃、550℃、500℃、450℃等。
32、進一步地，所述微球a與升華硫的質量比為5:4-9:本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種具有雙層結構的隔熱中空微球，其特征在于，所述隔熱中空微球的結構中包含中空內核，以及由內而外依次設置的玻璃球殼層和金屬復合層；
2.根據權利要求1所述的隔熱中空微球，其特征在于，所述金屬顆粒與金屬硫化物顆粒中的金屬元素相同；和/或
3.根據權利要求1所述的隔熱中空微球，其特征在于，按重量百分含量計，所述隔熱中空微球中，包含35-75wt％的玻璃球殼層、15-35wt％的金屬硫化物顆粒和5-30wt％的金屬顆粒。
4.根據權利要求1所述的隔熱中空微球，其特征在于，所述隔熱中空微球的密度為0.3-0.9g/cm3、平均直徑為10-80μm。
5.如權利要求1-4任一項所述的隔熱中空微球的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在玻璃中空微球表面定向組裝金屬氧化物球殼的方法包括如下步驟：
7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述將微球A進行表層局域硫化處理的方法包括如下步驟：
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述微球A與升華硫的質
9.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述還原性氣氛為氫氣或氫氣和氬氣的混合氣。
10.如權利要求1-4任一項所述的隔熱中空微球在粉末隔熱和隔熱填料中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種具有雙層結構的隔熱中空微球，其特征在于，所述隔熱中空微球的結構中包含中空內核，以及由內而外依次設置的玻璃球殼層和金屬復合層；
2.根據權利要求1所述的隔熱中空微球，其特征在于，所述金屬顆粒與金屬硫化物顆粒中的金屬元素相同；和/或
3.根據權利要求1所述的隔熱中空微球，其特征在于，按重量百分含量計，所述隔熱中空微球中，包含35-75wt％的玻璃球殼層、15-35wt％的金屬硫化物顆粒和5-30wt％的金屬顆粒。
4.根據權利要求1所述的隔熱中空微球，其特征在于，所述隔熱中空微球的密度為0.3-0.9g/cm3、平均直徑為10-80μm。
5.如...
【專利技術屬性】
技術研發人員：安振國，張敬杰，
申請(專利權)人：中國科學院理化技術研究所，
類型：發明
國別省市：
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