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纳米二氧化硅的制备
专业:凝聚态学号:51110602021 作者:张红敏

摘要
本文简单综述了一下纳米二氧化硅的各种制备方法,包括化学沉淀法、气相法、溶胶-凝胶法、微乳液法、超重力法、机械粉碎法,并对未来制备纳米二氧化硅的方法提出了一点展望。
关键词:纳米二氧化硅,制备,展望
1. 引言
纳米二氧化硅为无定型白色粉末,是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料,其颗粒尺寸小,粒径通常为20~200nm,化学纯度高,分散性好,比表面积大,耐磨、耐腐蚀,是纳米材料中的重要一员。由于纳米二氧化硅表面存在不饱和的双键以及不同键合状态的羟基,具有常规粉末材料所不具备的特殊性能,如小尺寸效应、表面界面效应、量子隧道效应、宏观量子隧道效应和特殊光电性等特点[1],因而表现出特殊的力学、光学、电学、磁学、热学和化学特性,加上近年来随着纳米二氧化硅制备技术的发展及改性研究的深入, 纳米二氧化硅在橡胶、塑料、涂料、功能材料、通讯、电子、生物学以及医学等诸多领域得到了广泛的应用。
2. 纳米二氧化硅的制备
经过收集资料,查阅一些教科书籍和文献,发现二氧化硅有各种形形色色不同的制备方法, 主要包括化学沉淀法、气相法、溶胶-凝胶法、微乳液法、超重力法、机械粉碎法等等。现在一个个介绍如下:
. 化学沉淀法
化学沉淀法是目前生产纳米二氧化硅最主要的方法。这种方法的基本原理是利用金属盐或碱的溶解度, 调节溶液酸度、温度、溶剂, 使其产生沉淀, 然后对沉淀物进行洗涤、干燥、热处理制成超细粉体[2]。
可以采用硅酸钠和氯化铵为原料, 以乙醇水溶液为溶剂, 采用化学沉淀法制备得到纳米SiO2 [3]。将去离子水与无水乙醇以一定浓度混合盛于三口瓶中, 加入一定质量的硅酸钠和少量分散剂, 置于恒温水浴中, 凋节至40±1℃, 搅拌状态下加入氯化铵溶液, 即出现乳白色沉淀, 洗涤, 抽滤, 100℃烘干,置于马弗炉450 ℃焙烧1h, 得到白色轻质的SiO2 粉末。所得SiO2 颗粒为无定形结构, 近似球形, 粒径30~50nm, 部分颗粒间通过聚集相互联结, 表面有蜂窝状微孔。
以水玻璃()和盐酸为原料[4],在超级恒温水浴中控制在40~50℃左右进行沉淀反应, 控制终点pH 值5~6, 得到的沉淀物采用离心法洗涤去掉Cl-, 然后在110℃下干燥12 h, 再于500℃进行焙烧即可得到产品。制得SiO2 粒径在
50~60nm, 比表面积大, 分散性好。
化学沉淀法具有原料来源广泛、价廉, 能耗小, 工艺简单, 易于工业化等优点, 但同时也存在产品粒径大或分布范围较宽的问题。
. 气相法
激光激活化学气相沉积(LICVD)[5]是制备纳米SiO2的有效方法之一。该方法比较容易制备出晶态和非晶态纳米粒子,具有清洁、无壁效应、粒度分布均匀,无黏结、产量高、可连续生产及应用广泛等优点。为了获得高纯超细SiO2粉末,工艺中利用SiCl4气相原料反应物激活后发生反应,基本化学反应方程式为:
SiCl4﹢O2 → SiO2﹢Cl2 ↑
为充分利用SiCl4 ,O2 与SiCl4一般混合比至少为4:1,在温度为1120~1200℃,~ L/min,激光功率为300~350W时,15min便可生成SiO2纳米粉末。