纳米二氧化硅的制备进展.pdfVIP

第10卷专辑 中 国 粉 体 技 术 Vol.10 匆ecial 2004年 11月 Nov.2004 ChinaPowderScienceandTechnology 纳米二氧化硅的制备进展 伍 林，曹淑超，易德莲，刘 峡，孙少学，秦晓蓉 (武汉科技大学 应用化学研究所，湖北武汉 430081) 摘 要:纳米二氧化硅在塑料、橡胶、纤维、涂料等方面有广泛的应用。文章介绍了几种制备纳米二氧化硅的新工 艺，如干法、溶液一凝胶法、碱金属的硅酸盐制备法、微乳液法、超重力等。并对这些工艺的特点进行了简述，文章 最后对纳米二氧化硅的应用前景进行了展望。 关键词:纳米二氧化硅;制备;进展 纳米粉体是指具有纳米数量级(10-9m)，尺寸范围在1一100nn的超细颗粒 〔〕‘。由于其颗粒细小，且存 在大量处于晶粒内缺陷中心的原子，因此，与同组成的大颗粒相比，纳米粉体往往具有许多其它结构材料无 法比拟的特性，如超塑性、高强性、大磁阻、大比表面积、低热导性、不寻常的软磁性等。纳米材料的这些特 性，使其在电子、冶金、航天、生物和医学等方面有着广阔的应用前景。80年代初，随着纳米材料的问世，这 种新材料引起了人们的极大关注，各国纷纷开展这方面的研究，西方发达国家已经把它的研制开发工作作为 一项重要的战略任务。如今，纳米材料的制备和性质的研究已成为科学领域内一个极具活力的热点。 1纳米二氧化硅的性质和应用 1.1纳米二氧化硅的性质 纳米二氧化硅为无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的非金属材料。微结构为球形，呈絮状和网 状的准颗粒结构。它具有独特性质[[21:如纳米二氧化硅具有对抗紫外线的光学性能;它还可提高材料的抗老 化性和耐化学性;将纳米二氧化硅分散在材料中，可提高材料的强度、弹性;另外，它还具有吸附色素离子，降 低色素衰减的作用等。 1.2 纳米二氧化硅的应用 纳米二氧化硅在塑料、橡胶、纤维、涂料、生物技术等领域有着广泛的应用。纳米Si仇应用于塑料中，利 用它透光、粒度小的特性，可使塑料变得更致密，使塑料薄膜的透明度、强度、韧性和防水性能大大提高;纳米 Si仇应用于橡胶中，利用它补强和抗色素衰减的特性，将其分散在橡胶中，使制出彩色橡胶成为可能，从而改 变传统橡胶的单一黑色;纳米Si仇应用于纤维中，可制成杀菌、防霉、除臭、抗静电和抗紫外线辐射的布料， 可用于制作抗菌衣物和强烈紫外线照射地区的着装，满足医疗和国防的需求;纳米Si伍应用于涂料中，可提 高其抗老化性能，其悬浮稳定性、流变性、表面硬度、涂膜的自洁能力也都有显著改善;纳米Si伍应用于生物 技术领域中，可制出纳米药物载体、纳米抗菌材料、纳米生物传感器、纳米生物相容性人工器官以及微型智能 化医疗器械等，这将在疾病的诊断、治疗和卫生保健方面发挥重要作用[3-71, 2纳米二氧化硅的制备方法 二氧化硅的制备按工艺可分为干法和湿法两大类。干法工艺制备的产品虽然具有纯度高，性能好的特 点，但生产过程中能耗大，成本高。相比而言，湿法所用原材料广泛、价廉，产品经过硅烷偶联剂化学改性后， 补强性能接近于炭黑81〔。无论采用哪种方法，人们追求的目标是相同的，即制备出粒度均匀、分布窄、纯度 墓金项目:湖北省自然科学基金资助(编号200ABA075);湖北省教育厅的科学基金资助(编号:200A011)o 第七届全国颗粒制备与处理学术和应用研讨会 高、分散性好、比表面积大的超细纳米二氧化硅。 2.1干法制备纳米二氧化硅 干法生产工艺的原料一般采用有机卤硅烷、氧(或空气)和氢，在高温下反应制备纳米二氧化硅。以四氯 化硅为例，其反应式为: SiC14+(n+2)H2+(n/2+1)02-SiO2nH2O+4HC1 干法中还有硅砂和焦炭的电弧加热法，有机硅化合物分解法等。主要流程是:将上述硅化合物在空气和 氢气中均匀混合，于高温下水解，再通过旋风分离器，分离出大的凝集颗粒，最后脱酸制得气相Si仇，其反应 式为: