核壳结构纳米复合材料的研究进展

摘要：核壳结构纳米复合材料因其独特的结构特点而具有诸多奇特的物理、化学和生物性质，因此这类材料在不同领域有着重要的应用价值，近年来受到了材料研究者的广泛关注。综述了核壳结构纳米复合材料的种类、形成机理、制备方法、性能特点及应用领域。同时指出了此类材料尚存在的不足以及未来的研究方向。

关键词：核壳结构 纳米复合材料 分类 制备方法 应用

0引言

纳米粒子是尺寸大于原子团簇而小于通常微粉的粒子集合体，其粒径为1~100nm，又称超微粒子。纳米粒子具有大的比表面积，表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加，表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等特点，从而使纳米粒子的光学、电学、热学、磁学、生物反应、敏感特性和表面稳定性等不同于一般粒子，这就使得它具有广泛的应用前景。然而，这些特性也使其表面活性大大增加，导致纳米粒子存在分散性差、易团聚、稳定性差等问题，大大影响了它的各种性能，限制了它的应用范围，因此制备核壳结构纳米复合材料就显得尤为重要。

核壳结构纳米复合材料作为纳米复合材料的一种，是一种材料在纳米尺度上通过相互作用将另一种纳米材料包覆起来形成的纳米尺度的有序组装结构，是更高层次的纳米复合结构。因其结构的特殊性，它不仅能克服纳米粒子易团聚、稳定性差的带来的不便，而且可以通过几种材料的复合，在原有纳米效应的基础上引入其他奇特的功能，如光催化[1]、生物分离[2]、药物控制释放[3]、光致发光[4]等，从而拓宽了纳米粒子材料的应用范围。本文从核壳种类、形成机理、制备方法、性能特点及应用领域几个方面对核壳结构纳米复合材料的发展进行了综述。同时指出了此类材料尚存在的不足以及未来的研究方向。

1核壳结构纳米复合材料的分类

1. 1无机@无机核壳结构纳米复合材料

壳层的无机物层通常是二氧化硅、金属硫化物、二氧化钛、氧化锆和一些贵金属。

二氧化硅作为最常用的包覆层，被广泛使用。杨春奎等[5]通过正硅酸乙酯水解生成二氧化硅，水溶液中硼氢化钠还原氯化钴生成钴单质，存在硅烷偶联剂APS时，将二者进行结合生成Co/SiO2核壳结构。通过改变正硅酸乙酯的浓度、水醇体积比和氨水浓度等条件得到不同的结果。正硅酸乙酯的量过大，不能得到核壳结构Co/SiO2，水醇体积比对产物的形貌和磁性有很大的影响。例如，Yonghui Deng等[6]创新地采用表面活性剂模板法合成了具有三明治结构的高磁化超顺磁性的Fe3O4@SiO2核壳结构微球。其中，SiO2包覆层分为内、外两层，内层为溶胶-凝胶方法来获得的无孔二氧化硅（nSiO2）层，外层先通过表面活性剂模板法包裹一层CTAB/SiO2，再用丙酮提取除去CTAB，保留下介孔二氧化硅（mSiO2）层。如图1，最终形成Fe3O4@nSiO2@mSiO2的三明治核壳结构，可用于去除微囊藻毒素。