纳米疏水二氧化硅

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。

疏水二氧化硅气凝胶保温材料配方

疏水二氧化硅气凝胶是一种新型的高效保温材料，具有低导热系数、轻质、柔软、耐高温、耐酸碱、不燃等优点。近年来，随着人们对环保和能源节约意识的提高，疏水二氧化硅气凝胶被广泛应用于建筑、航空航天、军工、电力等领域。本文将介绍一种疏水二氧化硅气凝胶保温材料的配方。

一、主要原料

疏水二氧化硅气凝胶的主要原料是硅酸钠、硅酸铝钠、硅酸铝钾、硅酸镁、氯化钠、硅酸镁等。硅酸钠和硅酸铝钠是制备二氧化硅气凝胶的主要原料，硅酸铝钾和硅酸镁可增加疏水性；氯化钠作为催化剂，硅酸镁可促进反应，提高二氧化硅气凝胶的性能。

二、配方比例

1.硅酸钠：硅酸铝钠：氯化钠=1:1:0.05；

2.硅酸铝钾：硅酸镁=1:2；

3.硅酸铝钠：硅酸镁=1:1。

三、制备过程

1.将硅酸钠、硅酸铝钠、氯化钠按照配方比例混合。

2.将混合后的原料加入水中，加热至80℃，搅拌至均匀。

3.将硅酸铝钾、硅酸镁按照配方比例加入上述溶液中，继续加热搅拌。

4.调节溶液的pH值，在5~6之间。

5.将调节好的溶液倒入模具中，静置凝胶。

6.将凝胶进行焙烧，焙烧温度为450℃，时间为3小时。

7.将焙烧后的凝胶冷却，然后进行破碎、筛分、包装等工序，即可得到疏水二氧化硅气凝胶保温材料。

四、应用

疏水二氧化硅气凝胶保温材料可广泛应用于建筑、航空航天、军工、电力等领域。在建筑中，它可用于墙体、屋顶、地板等保温隔热；在航空航天和军工领域，它可用于导弹、卫星、飞机等高温隔热；在电力领域，它可用于电站、变电站等设备的保温隔热。

疏水二氧化硅气凝胶保温材料是一种新型的高效保温材料，其配方比例和制备过程需要精细控制。随着人们对环保和能源节约意识的提高，疏水二氧化硅气凝胶保温材料的应用范围将会更加广泛。

疏水型纳米二氧化硅

疏水型纳米二氧化硅是一种亲水性较低的纳米材料，有效地防止液体在其表面形成水滴，并具有良好的分散性和稳定性。因此，疏水型纳米二氧化硅在许多领域中被广泛应用，如制备涂料、聚合物复合材料、化妆品、生物医学工程等等。

疏水型纳米二氧化硅一般是指表面被修饰或包覆了有机分子或聚合物的二氧化硅纳米颗粒。这些有机分子或聚合物能够与水分子形成较强的相互作用力，从而有效地降低水在纳米颗粒表面的张力，进而使得水无法在其上形成持久的水滴。举个例子，如果将疏水型纳米二氧化硅添加到一种涂料中，可以有效地防止水在涂料表面形成结露，从而提高其防潮和防腐能力。

此外，在生物医学工程领域中，疏水型纳米二氧化硅也是一种非常有前途的材料。因为它具有较小的粒径和大的比表面积，有助于其在细胞和组织水平上的应用。此外，疏水型纳米二氧化硅的表面修饰可以改变其在生物环境中的亲和性，从而使其能够更好地被细胞或组织吸收、转运或释放。研究者们希望利用疏水型纳米二氧化硅的这些性质，开发出更加安全和有效的生物医学材料。