二氧化硅纳米粒子的制备

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1、氧化硅纳米粒子的制备专业 应化班 学号授课教师摘要纳米二氧化硅优良的特性决定其有广泛的应用领域。随着二氧化硅制备技术 的发展及研究的深入，纳米二氧化硅在橡胶、涂料、塑料、粘合剂和介电材料、 光学材料、太阳能利用方面应用越来越广。因此，纳米材料的制备已成为材料及 化学工作者极为感兴趣的领域。纳米二氧化硅通常为无形白色粉末，由于表面存 在不饱和残键及不同键合状态的羟基，其分子状态呈三维状结构。纳米二氧化硅 具有高纯度、低密度、高比表面积、表面硅醇基与活性硅烷键能形成强弱不等的 氢键等优异的物理化学性能，表现出卓越的光、电、热、力、磁、放射、吸收等 特殊性能，在现代医学、生物工程、介电材料、光学材料

2、、太阳能利用等方面有 越来越广泛的应用。出现了多种纳米粒子的制备方法。根据制备过程中的物态及 变化，可将这些方法分为气相法、液相法和固相法。关键词： 纳米二氧化硅 制备应用1纳米粒子的制备随着人们对纳米粒子研究的深入及科学技术的发展，出现了多种纳米粒子的 制备方法。根据制备过程中的物态及变化，我们可将这些方法分为气相法、液相 法和固相法。11 气相法 气相法是指使处于气体状态下的物质发生物理变化或化学反应，凝聚形成纳 米颗粒的方法。气相法的优点在于所得粉料不须粉碎，生成物纯度高，颗粒分散性好。通过 控制气氛可以制备液相法难于制备的化合物。气相法又可分为气相沉积法、气溶 胶法、气体冷凝法。1.1

3、.1 气相沉积法 气相沉积法是通过原料蒸汽发生化学反应来制备纳米粒子1.1.2 气体冷凝法 气体冷凝法是在惰性气氛下使原料蒸发，原料的蒸汽原子因在与惰性气体 原子的不断碰撞过程中逐渐损失能量而凝聚。控制条件，可形成粒径为几个纳 米的微粒，12 液相法 液相法是使溶液中的分子或离子间发生反应，生成微粒沉淀沉淀可以是 单组分的沉淀，也可以是多组分的共沉淀。其涉及的反应种类很多，有聚合反 应、复分解反应、水解反应、络合反应、氧化还原反应等。控制反应条件，可 使沉淀的颗粒尺寸达到纳米级液相法具有原料易得、设备简单、产物纯度高 等优点。液相法是目前实验室和工业生产中广泛采用的方法，其又可分为：溶 胶一凝

4、胶法、沉淀法、水热法和微乳液法。1.2.1 溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶法是制备纳米颗粒最常用的方法之一。其基本原理是将有机醇 盐或无机盐类水解得到均相溶胶后，通过化学或物理方法使水溶胶失去流动性， 在一定条件下进一步转为均匀的凝胶，除去杂质后干燥、热处理，得到纳米粒 子用溶胶一凝胶法制备纳米粒子，优点是易控制，条件温和、产品纯度高、粒 径小且分布窄。但原料成本偏高，凝胶化周期长。1.2.2 沉淀法 沉淀法是使可溶性化合物经沉淀或水解作用形成不溶性氢氧化物、水合氧 化物或盐类而析出，经过滤、洗涤、锻烧得到纳米微粒。沉淀法又分为均相沉 淀法和共沉淀法。凝胶网络共沉淀法是一种先将金属离子固定在三维结构

5、的凝胶 网络中，然后再进行共沉淀的制备方法。由于凝胶网络可以防止沉淀物在沉淀过 程中的相互聚集和团聚，使得最终形成粒子的大小取决于凝胶网络的大小。沉淀 法工艺简单，成本低，反应时间短，反应温度低，易实现工业化生产。但沉淀物 水洗、过滤工艺复杂，煅烧易使纳米微粒发生团聚，难于制备粒径小的纳米微粒。1.2.3 水热法水热法是液相法的一种，是指在耐压的密闭反应容器里，采用水作为反应介 质，通过对反应容器加热，创造一个高温高压的反应环境，使得通常难溶或不溶 于水的物质溶解并且重结晶。水在这里充当溶剂、介质、反应物的作用。水热法 制备的样品纯度高，分散性好，晶体结构完整。但需要高压装置，操作繁琐。1.2

6、.4 微乳液法微乳液法是两种互不相溶的溶剂在表面活性剂作用下形成乳液，反应物在胶束中 经成核、聚结、热处理后得到纳米微粒。表面活性剂的种类和反应物的相对初始 浓度对产物平均粒径具有规律性的影响。微乳液法可通过控制物料配比及反应条 件，获得粒径均匀的纳米微粒，且纳米粒度可控，分散性好，分布窄，可实现 连续生产操作。13 固相法固相法可分为固相粉碎法和固相反应法，是一种传统的粉体工艺，具有成本 低、产量高、制备工艺简单的优点。固相粉碎法存在能耗大、颗粒粒径分布不 均匀、颗粒外貌不规则、易混入杂质等缺点，因而较少用以制备纳米微粒。 2.纳米二氧化硅的应用21 陶瓷制品我国是世界陶瓷制品生产大国，但陶

7、瓷制品的质量、档次一直上不去，这主 要是由于陶瓷制品的脆性大、韧性差、光洁度低的缘故。如今，研究者们在陶瓷 制品中添加适量的纳米Si02，不但大大降低了陶瓷制品的脆性，而且使其韧性 提高了几倍甚至几十倍，光洁度办明显提高，还使陶瓷在较低温度下烧制，从而 使陶瓷制品档次提高数级。22 橡胶制品首先，橡胶是二氧化硅应用的传统领域，其中鞋类制品用量最大。目前，随 着二氧化硅用量的增加，其应用的制品种类也越来越多。2.2.1 制造胶辊如用于复印机或激光打印机的半导电性胶辊，电子摄影机连续输送胶片的胶 辊，金属芯硅橡胶辊。2.2.2 制造轮胎最大的应用是制造绿色轮胎，如白炭黑补强顺丁橡胶用于轮胎胎面，该

8、胎面 能在滚动阻力和牵引性能、耐磨性之间达到较佳平衡，应用于胎侧胶增长趋势也 较快，二氧化硅替代炭黑，能显著增加胎侧的撕裂强度和耐裂口增长性能，而对 焦烧及硫化时间无明显影响，耐臭氧老化依赖于抗氧剂和二氧化硅用量。另外， 还可利用纳米Si02改性轮胎侧面胶生产彩色轮胎。2.2.3 用于补强硅橡胶制备薄膜、垫片如采用湿法疏水二氧化硅补强硅橡胶粘接膜，所制粘合膜用于玻璃、帘布及 橡胶间的粘合，用于建筑材料的硅橡胶垫片耐污染性能好，将垫片附着于板上， 此板在户外一年后也无污迹出现。23 塑料制品常规Si02作为补强剂添加到塑料中，可提高塑料的使用性能，而纳米Si02 的作用不仅是补强，它还具有许多新

9、的性能，这主要是利用纳米Si02透光、可 以使塑料变得更加致密。在聚苯乙烯塑料薄膜中添加纳米Si02后，不但提高了 其透明度、强度、韧性，而且在防水性能和抗老化性能方面也有明显提高。用纳 米 Si02 改性聚苯乙烯防水卷材，其性能指标均达到或超过三元乙丙橡胶防水卷 材；对聚丙烯添加纳米Si02改性后，其主要性能指标（吸水率、绝缘电阻、压缩 残余变形、挠曲强度等）均达到或超过工程塑料尼龙 6，实现了聚丙烯铁道配件 替代尼龙 6 使用。24 涂料领域纳米Si02具有极强的紫外和红外反射特性，因此，它添加到涂料中能对涂 料形成屏蔽作用，从而达到抗紫外老化和热老化的目的，同时，增加了涂料的隔 热性。另

10、外，纳米Si02还具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极 大的活性，能在涂料干燥时形成网状结构，不仅增加了涂料的强度和光洁度，而 且还能保持涂料的颜色长期不变。在建筑内外墙涂料中，若添加纳米Si02，可 明显改善涂料的开罐效果，涂料不分层，具有触变性、防流挂、施工性能良好， 尤其是抗沾污性能大大提高，又有优良的自清洁能力和附着力。结论纳米 si02 作为纳米材料家族中的一员，对其开发具有重要的实际意义。我国纳 米材料的研究已取得许多成果,但纳米Si02的应用才刚刚起步，随着对纳米Si02 研究的深入，应用领域的拓宽，纳米Si02会进一步工业化，纳米Si02材料也必 然引起更多的关注。参

11、考文献1 谢海安.陈汉全.王振轩.王 伟WO型微乳液法制备纳米SiO2A.化学与生物 工程.2007年2 旦辉丁艺林金辉 高纯球形纳米SiO2的制备、改性与应用研究A.世界科技 研究与发展.2006年3 韩静香，余利娟，翟立新，刘宝春化学沉淀法制备纳米二氧化硅A.硅酸 盐通报.2010年4 解小玲郭睿劼贾虎生刘旭光许并社 快速制备纳米SiO2的研究A太原 理工大学学报.2006年5 丁立国.纳米二氧化硅的制备与应用研究D6 毋伟.陈建峰.李永生.杨万强.何少利.溶胶凝胶法纳米二氧化硅原位改性研 究A.材料科学与工艺.2005年7 石桥.黄薇.周啸.严玉顺.万春荣水蒸气沉淀法制备SiO2偏氟乙烯六氟 丙烯共聚物复合微孔型聚合物电解质的研究A.高分子学报.2004年8 何为王守绪王慧秀王偕恕.有机溶剂纳米SiO2溶胶的制备和性能A.材料研 究学报.2006年9 曹茂盛 纳米材料导论Z.2001年