二氧化硅中空微球的产业化生产与结构调控关键技术

本团队采用新型结构导向技术来实现亚微米和纳米二氧化硅中空微球的溶胶凝胶法和沉淀法高浓度制备，能够满足大规模工业生产的需要，并能对其纳米壳层结构进行精准调控，为相关功能材料的性能设计提供合成技术基础。现有二氧化硅中空微球制备技术的投资成本高、设备生产率低、控制难度大，无法在工业规模上对其特有的纳米结构进行精准调控，严重限制了中空微球在高端产业中的应用。本团队基于全新的中空结构导向技术，在间歇反应釜中通过溶胶凝胶法和沉淀法实现中空微球的高密度、大批量生产，具有设备生产率高、微球结构规整、壁厚可控、容易复合改性等优点，突破了中空微球规模化生产的技术瓶颈。通过改变导向剂分子结构和生产工艺微调，可在 50-400 纳米范围内对中空微球的壁厚进行精准调控，使其对不同波长的光信号产生各种响应，并能通过控制中空和多孔结构调节比表面积、导热系数、阻尼特征、机械强度等性能，满足不同功能材料领域的要求。该技术还可以实现脂溶性物质或纳米颗粒与二氧化硅的复合，制备出具有功能多样性的复合中空微球，如将氧化锡锑（ATO）与二氧化硅中空微球复合，可制备兼具紫外光、可见光、近红外反射和隔热功能的复合中空微球保温填料。

二氧化硅中空微球与传统的颗粒材料相比，具有低密度、高比表面积、低导热系数等优点，其高附加值源于在声、光、电、磁等方面的独特功能。大量研究证实，二氧化硅中空微球能够吸收环境噪音，可以通过调节粒径与壁厚，实现对紫外线、可见光、近红外等不同波长光的选择性响应，在隔热、抗反射、抗紫外线、吸声降噪等功能材料领域有潜在的应用价值，可广泛应用于保温涂料、化妆品、隔音建筑材料、塑料等产业，市场前景广阔。现有的中空微球结构调控技术只能在水热或低浓度体系下进行生产，无法实现规模效应，成本和售价极高，不能满足材料应用市场的需要。该技术解决了上述瓶颈问题，采用传统间歇反应釜来实现亚微米、纳米中空微球的高浓度制备与结构调控，符合规模化量产的要求，具有显著的社会和经济效益。