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纳米二氧化硅粉体材料的研制

陈兴明  
【摘要】: 现代高新技术的发展不仅对材料的化学组成提出了要求,而且对材料的形态有严格的规定。高纯、超细纳米材料的研制、生产及应用开发是现代高科技领域的一个重要组成部分。随着现代科技的不断发展,在电子工业、航空航天技术、新型催化剂载体等方面对纳米SiO_2超细粉材料的性能要求也越来越高,而且在日常生活中,如牙膏、塑料及橡胶等方面作填料也用得很多,这就使纳米SiO_2的制备研究和应用开发受到越来越广泛的关注。 目前,研究较多的制备纳米SiO_2超细粉的方法中,主要有化学气相沉积法、共沉淀法、溶胶—凝胶法和微乳液法等。这些方法都存在一定缺陷:气相法生产纳米SiO_2,对反应器设计技术要求太高,使其生产成本昂贵;其它方法得到的产品粒度不易控制,均匀性较差、纯度差,而且对产品的制备及后处理过程均有特殊的要求,使其应用和扩大生产受到限制。对纳米SiO_2粉体来说,无论是制备还是应用,纳米颗粒的分散都是关键。因为不管是采用物理的还是化学方法制各纳米材料,其收集常常是在溶液中进行的,纳米粒子在范德华力的作用下很容易发生团聚。所以如何有效地防止纳米粒子在制备、干燥、储运和应用过程中的团聚,保持纳米尺寸,发挥纳米作用和优势,对纳米材料的研究无疑有着重大的理论意义和实际应用价值。本文针对这一研究领域的现状和前沿,着重进行了以下几方面的研究和探索,取得了下列具有创新性研究成果: 1、在纳米SiO_2粉体材料制备过程中,首次采用胶束法以廉价的工艺水玻璃为原料,通过在溶液体系中加入不同类型的表面活性剂,控制其发生沉淀反应的微环境,并使生成的沉淀颗粒被反包裹起来,保持了沉淀颗粒有较高的分散度,防止了颗粒间的凝聚长大现象,制备出了高纯、球状的纳米SiO_2颗粒材料,克服了传统方法制备纳米SiO_2粉体时易出现的硬团聚和颗粒分布不均匀现象。此方法在国内外尚未见报道。 2、高纯纳米SiO_2超细粉对杂质离子含量有极高的要求。通过添加除杂 四川五、‘节博l:学位论文 2003年7j了 质物质的筛选,有效地降低了其中杂质离子含量,使所合成的纳米5102产品 纯度提高。 3、在溶胶一凝胶法制备纳米510:过程中,研究出了一种新颖的催化方法 和催化剂,同时配合对溶剂及其用量作合理选择,极大地缩短凝胶时间,降 低凝胶温度,使所制备的凝胶密度降低,结构更疏松,制备的纳米5102颗粒 大小均匀,分散性好。对产品进行理化性质分析测试,结果表明:合成的纳 米510:超细粉纯度为99 .9%以上,形貌为球形状,粉末粒径小且分布均匀(20 一4Onm)。 4、研制出了一种新型的表面活性剂。在表面改性及其应用过程中,选 择新型表面活性剂(n一S从)中的大型结构分子,对纳米510:粉体作表面包 覆处理后,极大地改善了纳米粉体在有机材料中的分散性能并极大地提高 了其吸油值和比表面积,从而大大改善了复合材料的力学性能。 5、根据实验结果,从理论上分析研究获得了溶液的酸碱度、温度、反 应时间、表面活性剂及其用量、洗涤方式和陈化方式等因素对反应制备的影 响关系,为纳米5102的制备奠定了一些理论基础。“ 6、束胶法探索到一系列有效措施,克服了传统方法中制备纳米Si仇超 细粉的缺陷一硬团聚现象,该方法生产成本低,操作简单,条件易控制,易 于扩大生产,是制备高纯纳米5102超细粉的一个新方向。


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7 本报记者 童岱;纳米科技:从微观处改变生活[N];中国科学报;2013年
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