纳米二氧化硅粉体的表面改性研究

第４期王云芳等：纳米二氧化硅的表面改性研究３８３ＳｉｚｅｏｆＳｉ０２ｇｒａｉｎ（ｎｍ）图１水溶胶中Ｓｉ０５颗粒的大小分布Ｆｉｇ．１ＳｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＳｉ０２ｇｒａｉｎｉｎｈｙｄｒｏｓｏｌ可以看出，所制得的二氧化硅水溶胶中，二氧化硅成纳米状态分布，粒径为５０—１２７ｒｉｍ，其电子显微镜照片如图２所示。

另外，从二氧化硅水溶胶的红外光谱（图３（ａ））可以看出，２９００ｃｍｄ为ＳｉＯＨ的吸收峰；３４３３ｅｍｄ为吸附的水峰；１２１６ｅｍ’１为Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ的不对称伸缩峰；９５８ｃｍｄ为ＳｉＯＨ的伸缩峰；４７１ｃｍｄ为Ｏ—Ｓｉ·Ｏ的畸变吸收峰，说明纳米二氧化硅表面还有大量羟基，因此它可以和许多有机官能团发生作用。

２．２表面羟基值的测定【ｌ列采用离心干燥分离、醇洗，反复５次使溶胶中的二氧化硅分离，１０００Ｃ真空干燥４８ｈ，得到纳米二氧化硅粉体，其红外光谱如图３（ａ）所示。

称取该粉体２９放入１００ｍＬ的锥形瓶中，加入０．０５ｍｏｌ／Ｌ的ＮａＯＨ溶液８０ｍＬ，密封搅拌２４ｈ。

离心分离二氧化硅颗粒后的溶液体积为Ｃ毫升（一８０ｍＬ），从分离的Ｃ毫升溶液中量取１０ｍＬ，用Ａ毫升０．０５ｍｏＬ／Ｌ的ＨＣｌ溶液滴定至中性，剩余溶液（Ｃ一１０ｍＬ）用同样的方法滴定至中性所用ＨＣｌ溶液为Ｂ毫升，根据下式可计算出单位重量二氧化硅颗粒表面的羟基含量（ｘ）ｕ引。

茗：盟笔华≈７．８ｍｍｏｌ／ｇ茗２——广２Ｌｇ上式中，Ａ一中和分离溶液１０ｍＬ所消耗０．０５ｍｏＬ／ＬＨＣｌ溶液的体积数；Ｂ一滴定剩余溶液（约７０ｍＬ）至中性所用０．０５ｍｏｌ／ＬＨＣＩ溶液的体积数；ｗ一纳米二氧化硅粉体的克重数。

２．３纳米二氧化硅的表面改性及分析配制２．０ｗｔ％纳米二氧化硅水溶胶１００ｍＬ，并用冰醋酸调节溶液的ｐＨ＝３．５—４．５，随后加入图２改性前纳米Ｓｉ０２粒子的ＴＥＭ图片Ｆｉｇ．２ＴＥＭｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｏｆｎａｎｏ—ｓｉｌｉｃａｐａｒｔｉｃｌｅｓｂｅｆｏｒｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ４００￥００１２００１６００２０００２４００２８００３２００３６００４０００Ｗａｖｃｎｔｕｎｂｅｒ“ｇｎｒｌ图３ｓｉ０２（ａ），ｃｒ，ｒＭＳ（ｂ）和ＧＰＴＭＳ改性Ｓｉ０２（ｃ）的红外光谱Ｆｉｇ．３ＦＴＩＲｇｐｌ圮－ｑ：ｒａｏｆ（ａ）ｓｉｌｉｃａ，（ｂ）ＣＰａ＇ＭＳａｎｄ（ｃ）ＣＰＴＭＳ—ｍｏｄｉｆｉｅｄｓｉｌｉｃａ２ｍＬ偶联剂ＧＰＴＭＳ（未水解前的红外光谱如图３（ｂ）所示），磁力搅拌，常温反应２．５ｈ后得到纳米二氧化硅改性溶胶（改性后纳米颗粒溶液的透射电子显微镜显微分析如图４所示）经离心干燥后醇洗（重复五次），常温干燥２４ｈ，然后在２００℃真空干燥４８ｈ得到改性纳米ＳｉＯ：粉体，其红外图谱如图３（ｃ），从图谱可以看出：纳米二氧化硅接枝ＧＰＴＭＳ后，二氧化硅的物理吸附水（３４３３ｃｍ。

纳米二氧化硅表面改性一、本文概述纳米二氧化硅作为一种重要的无机纳米材料，因其独特的物理化学性质，如高比表面积、良好的化学稳定性和独特的光学性质等，在众多领域如橡胶、塑料、涂料、医药、化妆品和食品工业等都有着广泛的应用。

然而，纳米二氧化硅的高比表面积和表面能导致其易于团聚，从而影响了其性能和应用。

因此，对纳米二氧化硅进行表面改性，以改善其分散性和与其他材料的相容性，一直是纳米材料领域的研究热点。

本文旨在深入探讨纳米二氧化硅表面改性的各种方法、原理及其在实际应用中的效果。

我们将首先介绍纳米二氧化硅的基本性质和应用领域，然后重点论述表面改性的重要性以及目前常用的表面改性方法，包括物理改性和化学改性两大类。

在此基础上，我们将对改性后的纳米二氧化硅的性能进行评估，并探讨其在实际应用中的潜力和挑战。

我们将展望纳米二氧化硅表面改性的未来研究方向和应用前景。

通过本文的阐述，我们希望能够为从事纳米材料研究和应用的科研人员提供有价值的参考，推动纳米二氧化硅表面改性技术的进一步发展，并为其在各领域的广泛应用提供有力支持。

二、纳米二氧化硅的表面性质纳米二氧化硅（SiO₂）是一种重要的无机纳米材料，因其独特的物理化学性质，如高比表面积、优异的热稳定性、良好的光学透明性等，在众多领域如涂料、橡胶、塑料、陶瓷、生物医药等都有着广泛的应用。

而纳米二氧化硅的表面性质，特别是其表面结构和活性，直接影响了其在这些领域的应用效果。

纳米二氧化硅的表面结构主要由硅羟基（Si-OH）构成，这些硅羟基可以是孤立的，也可以是连生的，形成硅氧烷键（Si-O-Si）。

这些硅羟基的存在使得纳米二氧化硅表面带有亲水性，易于形成氢键，从而表现出强烈的吸附性能。

同时，硅羟基也是纳米二氧化硅表面改性的关键，通过对其进行化学反应，可以引入各种有机官能团，从而改变其表面性质。

纳米二氧化硅的表面活性主要源于其高比表面积和大量的表面硅羟基。

高比表面积使得纳米二氧化硅能够与其他物质进行充分的接触和反应，而大量的表面硅羟基则提供了丰富的反应位点。

二氧化硅表面改性及其应用二氧化硅是一种广泛使用的材料，其在各种应用中都起着重要作用，包括制备催化剂、电子材料、涂料、化妆品等等。

然而，二氧化硅纳米颗粒表面的缺点也就更加突出，例如硅氧键的可反应性差，容易出现聚集现象，从而影响其化学和物理性质。

为了克服二氧化硅表面的缺点，二氧化硅表面的修饰变得越来越重要。

在这里，我们将探讨二氧化硅表面改性及其应用。

首先，我们将讨论各种常见的二氧化硅表面改性方法，以及如何通过表面改性来提高材料的性能。

然后，我们将探讨二氧化硅表面改性在一些应用中的作用，例如在电子器件、涂料、化妆品等领域中的应用。

最后，我们将简要总结未来的发展方向和研究前景。

一、二氧化硅表面改性方法对于二氧化硅来说，改善其表面化学性质的方法包括物理、化学和生物化学方法等。

已经开发出了各种方法来改善二氧化硅纳米颗粒的表面化学性质，其中包括化学修饰和吸附等技术。

化学修饰是指在纳米颗粒表面化学键形成的同时，通过共价化学反应或其他方法来改善纳米颗粒表面化学性质。

例如，磺酸化二氧化硅纳米颗粒表面上的硅氧键被磺酸基取代，从而增加了其亲水性。

另一个例子是，使用羧酸等负离子表面活性剂来修饰二氧化硅纳米颗粒表面，从而增加纳米颗粒与其他材料的悬浮度、降低表面能。

吸附法是其中一种不进行化学反应的方法。

吸附剂在二氧化硅纳米颗粒表面上通过分子静电力与一定的化学反应而捆绑。

吸附剂的种类主要有金属离子、有机分子和聚合物。

例如，硅胶表面吸附上羧酸等表面活性剂后，可提高其对水的亲和力，增加其水解性能。

另外，还有物理和生物化学方法，如固相反应、离子交换和酶处理等方法。

这些方法也能有效地改善二氧化硅纳米颗粒表面的物理和化学性质。

二、二氧化硅表面改性的应用二氧化硅表面改性可以改善其物理和化学性质，从而使其在电子器件、生物医学、催化剂，涂料和化妆品等领域有广泛的应用。

在电子材料中，二氧化硅纳米颗粒经过表面修饰后，可用于制备电子材料如薄膜晶体管、LED、染料敏化太阳能电池以及半导体领域的其他应用。

二氧化硅的表面改性及其在涂料中的应用Introduction二氧化硅（SiO2）是一种常见的无机物质，在各种工业领域有着广泛的应用。

其中，表面改性的二氧化硅因其具有高的化学稳定性、良好的耐久性和可塑性，被广泛应用于涂料领域。

本文将探讨二氧化硅的表面改性及其在涂料中的应用。

Part 1 表面改性的二氧化硅概述表面改性的二氧化硅是通过表面处理技术对二氧化硅微粒的表面进行改性，改变其物理和化学性质，以提高其在化工、材料和生物医药等领域的应用性能。

表面改性的方法包括化学改性、物理改性和生物改性等。

化学改性针对二氧化硅微粒表面原有的羟基（-OH）和其他官能团，通过化学反应加入有机功能基团或是无机功能基团，改变其化学性质和表面性质。

物理改性通过表面涂覆或其他表面修饰技术，使其表面形态和性质发生改变。

而生物改性是基于生物方法制备的改性材料，通过绿色有机合成方法合成材料，减少了化学方法对环境和人体的纯度污染。

二氧化硅的表面改性可以改变其形态、粒度、分散性、亲水性或亲油性等性质，以满足不同领域的需求。

Part 2 表面改性的二氧化硅在涂料中的应用表面改性的二氧化硅在涂料中有着广泛的应用，如增强涂料的耐久性、增加涂层硬度和防护性能等。

这里将介绍几种常见的涂料应用。

1. 环保水性涂料环保水性涂料是近年来的新型涂料。

它用水来代替有机溶剂作为分散介质，在涂料制备过程中，表面改性的二氧化硅微粒可增加涂层的附着力和耐久性。

此外，它还能提高涂层的耐冲击和耐刮擦性能。

2. 防护涂料普通涂料在遇到大气污染、化学腐蚀等环境因素时，容易发生老化、脱落等现象。

表面改性二氧化硅微粒加入到防护涂料中，能够增强涂层的耐久性和耐腐蚀性能，保护钢结构和工程设备等。

3. 自清洁涂料随着人们环保意识的增强，自清洁涂料得到了越来越广泛的应用。

自清洁涂料可以在涂层表面形成一层薄膜，能有效防止污垢和细菌的产生。

表面改性的二氧化硅可用作添加剂，在涂层中发挥催化作用，增加其抗氧化能力和自洁能力。