納米球形二氧化硅粉體的制備、性能及應用研究.pdf

1、納米材料科學是一門新興的材料科學,近年來發展十分迅速。納米材料具有許多獨特的性質,應用范圍不斷拓展,具有很好的應用前景,被譽為21世紀最有前途的材料。納米SiO2是納米材料中的重要一員,廣泛應用在復合材料、陶瓷、橡膠、塑料、涂料等諸多領域。近年來納米SiO2在高新技術領域嶄露角色,如用于制備光子晶體、光纖和高性能色譜分析柱的填充材料等。納米SiO2的研究一直都是各國科研人員的關注熱點。
　　 以TEOS為原料、以氨水作催化劑,異

2、丙醇作共溶劑,通過改進Stober工藝,采用醇鹽水解法在醇水氨體系中制備了粒徑為170nm的單分散球形SiO2粉體,其中氨作為催化劑提供強親核劑。采用單因素實驗,考察了反應溫度、攪拌強度、原料配比對SiO2粒度的影響。并采用現代檢測手段進行表征。得到了制各非晶態超細SiO2粒子的優化工藝條件。結果表明反應溫度和原料配比對SiO2粒度影響部很大,攪拌強度的影響較小。非品態SiO2粉體顆粒外形規則、粒度均勻,粒徑范圍窄。
　　 單分

3、散球形SiO2粉體表面含有大量羥基,檢測發現羥基含量可達13％。納米SiO2材料在高檔橡膠和涂料中的應用正是應用該性質。但是羥基的存在影響了納米SiO2在某些行業的應用,比如說藥物載體。為此,進行了納米SiO2脫羥基實驗,實驗后SiO2的IR譜圖只存在Si-O-Si鍵的特征峰,樣品SiO2純度達到了99.92％。
　　 利用差熱-熱重分析研究了SiO2粉體脫除羥基動力學,SiO2粉體在80-150℃和480-550℃范圍失重明顯

4、,分別對應脫水和脫除羥基峰。根據質量作用定律和阿侖尼烏斯公式,采用Doyle-Ozawa法和Kissinger法研究SiO2粉體脫除羥基的動力學,計算反應過程的表觀活化能E、反應級數n和頻率因子A等動力學參數,得到了動力學方程,并應用Coast-Redfem法加以驗證。樣品在1100℃以后開始發生晶型轉變,到1200℃晶型轉變完成。在1000℃以下,納米SiO2粉體粒度和晶態都沒有變化,熱穩定性良好。
　　 論文研究了制備單分散

5、球形SiO2粉體的優化工藝,采用超聲波輔助水解法和微波輔助水解法制備單分散球形SiO2。超聲波輔助水解法研究了超聲波功率、反應溫度、原料配比和氨水濃度對產品粒度和性能的影響,在此基礎上設計四因素三水平的正交實驗,得到了超聲波輔助水解法和微波輔助水解法的最佳反應條件。超聲波輔助水解法的最佳反應條件為:超聲波功率80W、溫度范圍為30-40℃、攪拌強度為600r·min-1、原料摩爾配比nH2O:nTEOS為5:1;微波輔助水解法的最佳反應

6、條件為氨水濃度0.25mol·L-1、nH2O:nTEOS為6:1、溫度范圍為30-40℃、攪拌強度為600r·min-1。在最佳條件下分別得到了外形規則、粒度均勻、平均粒徑為36nm和80nm的單分散球形SiO2顆粒。研究中發現TEOS反應分為水解和縮聚兩步,縮聚反應是控制步驟。這是因為OH-半徑較小,為0.09nm,它發生親核取代,直接進攻正硅酸乙酯中的Si原子,致使-C2H5偏移,消弱Si-O鍵并最終使之斷裂,完成水解,且一旦第一

7、個-C2H5被替代,下一替代更易進行。并利用Kissinger法對微波工藝得到的納米SiO2粉體進行了脫除羥基動力學計算。
　　 考察了納米SiO2粉體作為填料對甲基乙烯基硅橡膠的補強作用,發現納米SiO2粉體添加到橡膠中,其抗拉強度明顯提高,且隨添加量不同,甲基乙烯基硅橡膠的抗拉強度也不同。且SiO2粉體顆粒愈小,等量添加后抗拉強度愈大。
　　 通過水熱法制備了微米級六角纖鋅礦型ZnO粉體材料,晶體為花狀團簇,有許多細

8、小的針狀分支、生長均勻。在此基礎上合成了ZnO/SiO2復合材料。ZnO粉體顆粒作為基體,納米SiO2均勻包覆在ZnO粉體顆粒外面,形成一層均勻的薄膜。ZnO/SiO2材料的UV-VIS存在明顯藍移。初步探討了ZnO的存在對TEOS水解制備納米SiO2的影響,討論了納米SiO2的生成過程。
　　 采用均勻沉淀法制備了納米Y2O3粉體,樣品顆粒均勻,大小為32nm。采用醇鹽水解法制備了SiO2白色懸濁液,SiO2顆粒大小均一,粒度