纳米二氧化硅密度

化学化工系2007届本科毕业论文

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1 前言

1.1 纳米二氧化硅的发展现状及前景

纳米材料是指微粒粒径达到纳米级(1～100nm)的超细材料。当粒子的粒径为纳米级时，其本身具有量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，因而展现出许多特有的性质，应用前景广阔。纳米SiO2 是极具工业应用前景的纳米材料，它的应用领域十分广泛，几乎涉及到所有应用SiO2 粉体的行业。我国对纳米材料的研究起步比较迟，直到“八五计划”将“纳米材料”列人重大基础项目之后，这方面的研究才迅速开展起来，并取得了令人瞩目的成果。1996年底由中国科学院固体物理研究所与舟山普陀升兴公司合作，成功开发出纳米材料家庭的重要一员——纳米SiO2[1]，从而使我国成为继美、英、日、德国之后，国际上第五个能批量生产此产品的国家。纳米SiO2 的批量生产为其研究开发提供了坚实的基础。

目前，我国的科技工作者正积极投身于这种新材料的开发与应用，上海氯碱化工与华东理工大学[2]建立了连续化的1000t／a规模中试研究装置，开发了辅助燃烧反应器等核心设备，制备了性能优良的纳米二氧化硅产品，其理化性能和在硅橡胶制品中的应用性能，已经达到和超过国外同类产品指标。专家鉴定认为，纳米二氧化硅氢氧焰燃烧合成技术、燃烧反应器和絮凝器等关键设备及应用技术具有创新性，该成果总体上达到国际先进水平，其中在预混合辅助燃烧新型反应器和流化床脱酸两项核心技术方面达到了国际领先水平，对于突破国际技术封锁具有重大价值。但总地来讲，我国纳米SiO2的生产与应用还落后于发达国家,该领域的研究工作还有待突破。

1.2 纳米二氧化硅的性质[3]~[5]

纳米二氧化硅是纳米材料中的重要一员，为无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的非金属材料。微结构呈絮状和网状的准颗粒结构，为球形。这种特殊结构使它具有独特的性质：

二氧化硅纳米颗粒制备表征及其应用的研究

周韬

摘要：本实验采用沉淀法和溶胶凝胶法制备了二氧化硅纳米晶体，并对得到的产物进行了红外光谱和粒径分析。

关键词：溶胶凝胶，红外光谱，粒径分析

引言

近几年来用单分散二氧化硅球形颗粒为原料自组装制备光子晶体受到了人们的广泛关注，光子晶体广泛的应用前景，促使人们制备出优良的单分散二氧化硅球形颗粒[1]。

光子晶体是介质的周期排列而构成的一种人工微结构材料, 由于电磁波在其中的传播可以用类似于电子在半导体中传播的能带理论来描述, 故而得光子晶体之名, 以此表明光子之晶体与电子之晶体(半导体)的区别与联系。光子晶体被认为是控制光子(电磁波)传播的行之有效的工具, 光子晶体的典型特点是具有光子带隙。当物质的自发辐射频率处在光子带隙内时, 它可以用于抑制光子晶体内的物质的自发辐射。同时, 当在光子晶体内引入缺陷时,如果物质的自发辐射频率和缺陷模的频率一致, 又可用于增强物质的自发辐射, 而且这种自发辐射有类似于受激辐射的特性。光子晶体可以用于制备超高品质因子的微腔, 用于研究腔量子电动力学效应,是量子通讯和量子信息处理的有力工具[2]。

本实验采用溶胶凝胶的方法尝试制备二氧化硅纳米颗粒。

1、实验部分

1.1原理

二氧化硅的制备方法也有很多种，依据反应是否在溶液中发生，分为干法和湿法。干法主要有气相法和电弧法，湿法主要有溶胶-凝胶法，沉淀法，水热法及微乳液法等。其中，溶胶凝胶法（以下简称Sol-Gel法）利用活性较高的前驱体作为原料，在含水的溶液中水解，生成溶胶，然后溶胶颗粒间进一步发生相互作用，与溶剂共同生成凝胶，干燥后、煅烧获得前驱体相应的氧化物。

二氧化硅的制备主要分为如下两步：

第一步 水解

−Si−OR+H2O → −Si−OH+ROH 第二步 缩合

−Si−OH+OH−Si → −Si−O−Si− + H2O

硅烷的浓度，溶液的pH，溶剂成分，水解时间，温度等都会影响硅烷水解缩聚的过程。

第１９卷第４期２００７年４月化学研究与应用ＣｈｅｍｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｐｐｆｉｅａｆｉｏｎＶ０１．１９，Ｎｏ．４Ａｐｒ．，２００７

文章编号：１００４．１６５６（２００７）０４－０３８２－０４

纳米二氧化硅的表面改性研究

王云芳，郭增昌，王汝敏（西北工业大学化工系，陕西西安７１００７２）

摘要：以１·缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷（ＧＰＴＭＳ）对酸催化水解正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ）聚合得到的纳米二氧化硅胶粒表面进行接枝改性，用激光粒径仪测定二氧化硅颗粒的粒径，并用透射电子显微镜（ＴＥＭ）观察了改性前后二氧化硅胶粒的分散状况，采用傅立叶红外（ｒｎｎ）光谱法对改性前后的二氧化硅粉体进行了分析，通过热失重分析（ＴＧＡ）法对ＧＰＴＭＳ接枝改性二氧化硅胶粒表面的接枝度进行分析计算，同时对颗粒溶胶的‘电位进行了测试，结果表明：改性后二氧化硅胶粒分散性大大提高，硅烷偶联剂浓度对接枝度有显著影响，当ＧＰＴＭＳ的浓度为１ｍＬ／Ｓｉ０２（ｇ）时，接枝度达到最大，且颗粒表面的物理化学性能发生显著变化。关键词：二氧化硅；原位改性；接枝度；１－缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷中图分类号：ＴＱｌ２７．１２文献标识码：Ａ

近年来，用无机纳米二氧化硅粒子增韧改性聚合物［１，２１和杂化材料的研究【３．．１取得了显著效果。然而，无机纳米粒子因粒径小、比表面大、具有亲水性，因此容易团聚、在聚合物中不易分散，为了避免此现象发生就需要在纳米二氧化硅粉体形成之前设法降低颗粒表面能呤Ｊ。本文采用溶胶一凝胶（ｓｏｌ—ｇｅｌ）工艺，在非极性溶剂中用酯化反应生成的水使正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ）水解制备均分散ＳｉＯ：溶胶。在溶胶体系中加入１．缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷（ＧＰＴ－ＭＳ），ＧＰＴＭＳ分子中甲氧基水解所产生羟基与Ｓｉ０２胶粒表面的羟基反应形成牢固的．Ｓｉ－Ｏ—Ｓｉ一键，从而在Ｓｉ０２胶粒表面引入了ｃａ２—＝ＣＨ—ＣＨ２—伊—Ｃ３Ｈ６基团，结果使Ｓｉ０２胶＼／Ｏ粒表面由亲水性变为疏水性；增加溶胶ＳｉＯ：颗粒的空间稳定化作用；且在ＳｉＯ：胶粒表面接枝高反应活性基团，赋予Ｓｉ０２胶粒一定的功能性。有关用硅烷偶联剂改性纳米ｓｉ０２胶粒的研究已有不少文献报道睁ｎ】，但关于硅烷偶联剂浓度大小对颗粒表面接枝度的影响却报道很少。

纳米二氧化硅的特性及其研究进展

敖善世 2013326602046

摘要：纳米SiO2是有硅或有机硅的氯化物高温水解生成表面带有羟基的超微细粉末，粒径小于10nm，通常为20~60nm，化学纯度高，分散性好，比表面积大。在化学工业中又称为白炭黑，是目前世界上大规模生产的产量高的一种纳米粉体材料。纳米二氧化硅无毒、无味、无污染，具有表面能高及其吸附能力强等特异性优点, 是优质的稳定剂和融合剂.在电子、光学、生化科学等都有着广泛的应用。

关键词： 纳米二氧化硅； 性质； 制备； 应用

一、纳米二氧化硅的性质

纳米二氧化硅是纳米材料中的重要一员，是一种外形为白色无定型粉末,无毒、无味、无污染的非金属材料，其微结构呈絮状或网状的准颗粒结构，为球形.这种特殊的结构使它具有独特的性质。

纳米二氧化硅对波长490nm 以内的紫外线反射率高达70%～80%，将其添加在高分子材料中，可以达到抗紫外线老化和热老化的目的。

纳米二氧化硅的小尺寸效应和宏观量子隧道效应可以产生淤渗作用，可深入到高分子链的不饱和键附近，并和不饱和键的电子云发生作用，改善高分子材料的热、光稳定性和化学稳定性，从而提高产品的抗老化性和耐化学性。

二氧化硅不但具有粒径小、化学纯度高、分散性好等特异性优势，还具有吸附性强、可塑性良好、同时具有高磁阻性和低热导性的优势。

二、 纳米二氧化硅的制备

制备二氧化硅的工艺分为干法和湿法两大类。干法制备的特点是其产品纯度高,而且性能相对较好,但是其所需设备要求高投资成本大、而且在生产实践过程中能耗大.湿法制备应用要求较低，所需原料普遍且价格低廉，所生产产品纯度虽然比干法制备的低，但经一系列的化学反应改性后，性能与炭黑接近。无论是采用干法制备还是湿法制备我们所要达到的目的是生产出纯度高、颗粒小、分散性好的纳米二氧化硅产品。 1．干法制备纳米二氧化硅

干法制备纳米二氧化硅的原料通常使用无机硅或者卤硅烷、氧气(或空气)和氢气，经高温反应进行制备，得到的是二氧化硅溶胶。