核壳结构纳米复合材料

核壳结构纳米复合材料的制备及应用

摘要：核壳结构纳米复合材料由于独特的物理、化学特性和广泛的应用前景，近年来成为研究的热点。本文系统地综述了核壳结构纳米复合材料的类型，针对应用方向总结了核壳结构纳米复合材料的研究现状。系统地归纳了核壳结构纳米复合材料在光学、催化、医药与生物、光子晶体、超疏水涂层等方面的应用，评述了其特点和发展的方向，并对其应用前景进行了展望。

关键词：核壳结构纳米复合材料超疏水涂层

Preparation and Applications of Core-Shell Structured Nanocomposite Materials: the State-of-the Art Abstract: The core-shell structured nano-composite materials showing novel physical and chemical properties have received much attention because of their potential application. The porgress in the preparation and application of the core-shell structured nano-composites is reviewed with respect to their applications in optics, catalysis, pharmacy and biology, photonic crystal, and superhydrophobic coating. The problems and solutions are for foture development of core-shell nonocomposite materials.

Key words: core-shell structure; nanocomposite; superhydrophobic coating

1. 引言

随着纳米技术的发展，核壳结构纳米复合材料成为复合材料、纳米材料等领域研究的热点。核壳结构的纳米复合材料（CSNC）一般由中心的核以及包覆在外部的壳组成，CSNC中的内核与外壳之间通过物理、化学作用相互连接。广义的核壳结构不仅包括由不同物质组成的具有核壳结构的纳米复合材料，还包括中空微球、微胶囊等纳米复合材料。由于CSNC具有许多独特的物理和化学特性，在超疏水表面涂层、材料学、化学、磁学、电学、光学、生物医学、催化等领域都具有潜在的应用价值。

本文依据材料性能对CSNC的研究进展进行了总结，本文的目的不在于将全部文献进行回顾，而是针对应用方向对一些文献进行评述。目的在于指出应用方向、研究进展和存在的问题，以期为研究CSNC提供一些研究思路。

图1 核壳结构结构纳米复合为求及中控为求的结构示意图：(a)经典核壳结构；(b)空心球；(c)海胆型结构；(d)胶囊型结构[1]

2. 常见的核壳纳米复合材料CSNC，根据其核壳材料的组分与组成的不同，通常具有内核和壳层的性能以及核壳单一组分所不具有的新性能。核壳材料一般包括无机/有机，无机/无机，有机/有机，以及空心球、微胶囊等。通常只被方法包括溶胶凝胶，种子法，界面生长法等。核壳材料的壳层不仅可以调整纳米粒子的表面特性，改变其表面电荷密度、表面活性、官能团、反应性、生物相容性、稳定及分散性；同时还可以通过特殊梯度结构，将外壳例子特有的超疏水性能、催化活性、电学性能、生物医药性能

和光学性质等赋予内核微粒。在这里将根据应用方向对其进行分类。

2.1光学方面的应用

2.1.1光敏材料

光敏材料通常指光敏半导体材料，又称为光导材料。其特点为：在无光照状态下呈绝缘性，在有光状态下呈导电性。现已普遍应用的感光材料硒、氧化锌、硫化镉、有机光导体等。由于纳米材料吸光能力大大超过体相材料和微米级材料，因而纳米复合材料的光敏性、吸光强度方面大大高于体相材料，如海胆状太阳能转化Zn-ZnO复合粒子阳极材料以及光波导材料等。

海胆状Zn-ZnO复合粒子可采用热蒸发法制备。与核壳同轴CSNC层不同，该CSNC层不同，该CSNC具有很强的光电感应特性，可作为太阳能转换装置的阳极材料。

图2 合成核壳结构纳米Zn-ZnO复合粒子的示意图[2]

2.2.2 荧光材料

荧光材料在照明、生物医药、印刷防伪等方面具有重要的应用价值。荧光CSNC基本上以包覆荧光纳米粒子如CdS、ZnS和CdSe等为主。

除无机/有机复合材料外，无机物基复合材料也可用于制备荧光材料。荧光CSNC基本上以包覆荧光纳米粒子如CdS、ZnS和CdSe等为主。如CdS-(Cd-Sn)、T-ZnO-SnO2棒杂化复合材料、CdSe-ZnS等。特别是纳米复合CdSe-ZnS粒子以荧光量子点形式分散在聚乙烯醇薄膜中所制得的复合薄膜在生物医学中有很好的应用前景。

图3 合成纳米CdS-(Cd-Sn)杂化复合型微球的示意图[3

图4 合成核壳型纳米T-ZnO-SnO2棒的示意图[4]

图5 合成核壳型纳米CdSe-ZnS的示意图[5]

总之，尽管纳米复合材料光学性能的研究已取得了不少进展，对其应用也取得了一定的成绩，但是仍有很多问题需深入系统地研究，如纳米复合材料不同于本体材料的吸收、发光等特性产生的理论基础，纳米复合材料的非线性强度如何在受限条件下随着纳米复合粒子尺寸变化，如何通过表面修饰来获得具有一定光学性能的纳米材料等；拓宽材料的种类也需要进一步研究的内容。

2.2催化方面的应用

多相催化剂的催化活性与催化剂的比表面积成正比，而纳米颗粒的高比表面积和高表面能刻增加催化性能，因此CSNC是非常理想的催化剂。纳米复合催化剂可能同时具有络合催化和多相催化的特点，使得催化剂既同时具有络合催化的高效性，同时具有多相催化的易回收特性。纳米复合催化剂已用于湿化学反应催化、光化学反应催化等。

2.2.2 湿化学反应催化

湿化反应催化，一般是指催化剂