中國粉體網(wǎng)訊 模板法是利用具有一定立體結(jié)構(gòu)、形狀容易控制的材料作為模板，通過物理、化學(xué)或生物的方法使物質(zhì)原子或離子沉積到模板的孔中或表面，而后移去模板，得到所需要的納米結(jié)構(gòu)材料的過程，用該方法制作的納米材料具有與模板孔腔相似的結(jié)構(gòu)特征。
模板法制備納米材料的關(guān)鍵在于模板劑，其主要通過調(diào)控晶體的成核和晶體的長大兩個方面來改變產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌。常見的模板劑包括兩大類：一是天然的物質(zhì)如納米礦物、生物分子、細(xì)胞和組織等；二是合成的物質(zhì)如表面活性劑、多孔材料和納米顆粒等�；谄浣Y(jié)構(gòu)的差異，一般分為硬模板劑和軟模板劑。
模板法分類
模板法根據(jù)模板自身特點和限域能力的不同又分為硬模板法、軟模板法和自模板法。
硬模板法
硬模板法是制備中空微球及多殼層微球等常用和成熟的方法之一。硬模板是納/微米級的剛性材料，包括金屬、二氧化硅（SiO2）、聚苯乙烯（PS）和碳球等。其中SiO2微球常作為模板，是由于SiO2表面帶有大量羥基，可修飾帶雙鍵或氨基的硅烷偶聯(lián)劑，增加聚合物反應(yīng)位點，最后通過酸或堿蝕刻去除。
Chen C等人用TEOS和氨水溶膠凝膠反應(yīng)合成SiO2微粒，通過乙烯基三乙氧基硅烷改性SiO2微粒，制備出具有乙烯基的SiO2微球模板。然后加入苯乙烯（St）和二乙烯基苯（DVB）利用分散聚合法合成PS/DVB/SiO2的核殼結(jié)構(gòu)微球。通過氫氧化鈉蝕刻SiO2核，獲得P(S-DVB)中空微球。
P(S-DVB)空心微球的合成路線圖
軟模板法
軟模板法模板易去除，是制備中空納米材料最普遍的方式。目前軟模板法最常用的模板包括微乳液模板、膠束／囊泡模板和氣泡模板，它們都是以流體的形式存在，模板在反應(yīng)結(jié)束之前可以直接去除具有調(diào)整中空微球內(nèi)外部結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。但軟模板法受外界條件影響較大，制備的中空微球的形貌、粒徑及分布可控性較差。
Li Y等人將乙二醇和乙醇混合作為軟模板，然后加入二水醋酸鋅在100℃下高壓釜中反應(yīng)數(shù)小時，經(jīng)洗滌、過濾、烘干后，通過400℃煅燒1h除去模板后得到氧化鋅中空微球，作為高級氣敏材料。
Wang等報道了通過使用十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）作為囊泡模板來合成具有單晶殼結(jié)構(gòu)的多殼空心Cu2O球，控制CTAB的濃度，形成的不同層數(shù)的囊泡模板最終形成了單殼、雙殼、三殼、四殼結(jié)構(gòu)的 Cu2O 空心球。
軟模板法制備多殼空心球的過程圖
自模板法
相較于硬模板和軟模板的不同之處，自模板中的模板不僅起到框架作用，還直接參與到殼層的形成過程。制備過程主要分為兩步，首先合成實心微球模板，然后把實心微球轉(zhuǎn)變成中空微球。自模板法制備中空微球的機(jī)理主要有奧斯特瓦爾德熟化（Ostwaldripening）、表面保護(hù)蝕刻和柯肯達(dá)爾效應(yīng)（Kirkendalleffect）等。自模板法能有效的節(jié)省模板材料，但內(nèi)部材料在向外部生長成殼的過程中，不能精確控制其空腔體積的大小，進(jìn)而影響中空微球的結(jié)構(gòu)和形貌。
其中生物自模板法中生物基質(zhì)不會被去除，模板在惰性氣體下高溫?zé)峤鉃樯锾�，是�?gòu)成殼層的組分。王東升等人將螺旋藻粉分散于4%硝酸鐵溶液中攪拌12h 后，離心分離藻細(xì)胞，然后用超純水洗滌數(shù)次，將藻細(xì)胞加入6%氫氧化鈉溶液中，105℃冷凝回流2h，經(jīng)離心分離清洗，將沉淀物置于石英舟中通入氮氣煅燒2h，獲得中空磁性碳微球。
參考來源：
[1]李磊等.模板法制備無機(jī)納米材料的研究進(jìn)展
[2]張佳星等.中空微球制備方法及其制革工業(yè)中應(yīng)用前景
[3]陳浩.中空多層殼微球制備及其吸波性能研究
[4]簡未平等.微球的制備技術(shù)及其在制革工業(yè)中的應(yīng)用
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/九思)
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