二氧化硅微球制備2000

目錄一、二氧化硅微球的性質(zhì)二、二氧化硅微球的應(yīng)用三、二氧化硅微球的制備第一頁，共23頁。

二氧化硅微球的概念微球（microsphere）：

微球的粒徑定義一般為1-500um，小的可以是幾納米，大的可達(dá)800um，其中粒徑小于500nm的，通常又稱為納米球（nanospheres）或納米粒（nanoparticles）,屬于膠體范疇。

第二頁，共23頁。二氧化硅微球的性質(zhì)①為無定型白色粉末,是一種無毒、無味、無污染的非金屬材料。②微結(jié)構(gòu)為球形,呈絮狀和網(wǎng)狀的準(zhǔn)顆粒結(jié)構(gòu)。

③

具有對抗紫外線的光學(xué)性能;

④

摻入材料中可提高材料的抗老化性和耐化學(xué)性;

⑤

分散在材料中,可提高材料的強(qiáng)度、強(qiáng)性;⑥還具有吸附色素離子、降低色素衰減的作用。第三頁，共23頁。應(yīng)用

二氧化硅微球由于比表面積大、密度小、分散性好，同時(shí)又具有良好的光學(xué)以及力學(xué)特性，因而在生物醫(yī)學(xué)、催化、功能材料、高性能陶瓷、涂料、復(fù)合材料、記錄材料、傳感器、催化劑、吸附劑、化妝品、藥物、色譜柱填料、結(jié)構(gòu)陶瓷原料、油墨的添加劑、光電學(xué)，數(shù)據(jù)存儲、醫(yī)學(xué)診斷以及免疫測定等相關(guān)材料和研究領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。第四頁，共23頁。應(yīng)用

SiO2球引入熒光染料，可制得熒光微球，在生物醫(yī)學(xué)成像和免疫測定中有廣泛應(yīng)用。

SiO2

顆粒的SEM圖第五頁，共23頁。應(yīng)用

近幾年更引起人們研究興趣的是用二氧化硅微球球形顆粒為原料自組裝制備光子晶體。由光子晶體制得的材料具有禁止某一頻段光波通過的特性，是制備集成度更大、速度更快的光電器件的基礎(chǔ)。而制備亞微級（0.1um-1um）的球形Si02顆粒又是組裝三維光子晶體的前提。

光子晶體(又稱光子禁帶材料)從材料結(jié)構(gòu)上看，光子晶體是一類在光學(xué)尺度上具有周期性介電結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計(jì)和制造的晶體。第六頁，共23頁。SiO2

光子晶體的SEM圖第七頁，共23頁。二氧化硅微球的制備

SiO2微球的制備方法很多，如微乳液法、化學(xué)氣相沉積法、粉碎法、機(jī)械合金法、濺射法、激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)蒸發(fā)凝聚法、沉淀法、超臨界干燥法、水熱合成法、溶膠一凝膠法、膠束法、反膠束法、氣溶膠法、共沉淀一微乳液聯(lián)用法、輻射合成制備法、球晶技術(shù)、囊泡技術(shù)等。二氧化硅微球的制備

SiO2微球的制備方法很多，如微乳液法、化學(xué)氣相沉積法、粉碎法、機(jī)械合金法、濺射法、激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)蒸發(fā)凝聚法、沉淀法、超臨界干燥法、水熱合成法、溶膠一凝膠法、膠束法、反膠束法、氣溶膠法、共沉淀一微乳液聯(lián)用法、輻射合成制備法、球晶技術(shù)、囊泡技術(shù)等。第八頁，共23頁。溶膠-凝膠法制備二氧化硅微球

以溶膠-凝膠法為基礎(chǔ)的Stober法因其工藝簡單、成本低廉，成為制備球形Si02的首選方法之一。

Stober法以正硅酸乙酯為原料，以乙醇為介質(zhì)，通過氨水催化水解和凝聚制備出單分散二氧化硅顆粒。第九頁，共23頁。溶膠－凝膠法的基本概念溶膠（Sol）是具有液體特征的膠體體系，分散的粒子是固體或者大分子，分散的粒子大小在1～100nm之間。凝膠（Gel）是具有固體特征的膠體體系，被分散的物質(zhì)形成連續(xù)的網(wǎng)狀骨架，骨架空隙中充有液體或氣體，凝膠中分散相的含量很低，一般在1％～3％之間。溶膠無固定形狀固相粒子自由運(yùn)動凝膠固定形狀固相粒子按一定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)固定不能自由移動*特殊的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)賦予凝膠很高的比表面積*第十頁，共23頁。溶膠－凝膠法：就是用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，在液相下將這些原料均勻混合，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動性的溶劑，形成凝膠。凝膠經(jīng)過干燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料。溶解前驅(qū)體溶液溶膠凝膠凝膠水解縮聚老化第十一頁，共23頁。溶膠-凝膠法實(shí)驗(yàn)過程：將適量的醇、水和氨水依次加入燒杯中，室溫下用磁力攪拌器攪拌均勻，再將一定量的正硅酸乙酯(TEOS)緩慢滴加到混合均勻的上述溶液中，滴加完畢用聚乙烯薄膜密封燒杯口，約1～5min出現(xiàn)白色沉淀，繼續(xù)攪拌5h，使反應(yīng)完全，再經(jīng)一系列的后處理(離心、洗滌、干燥)得到SiO2微球。第十二頁，共23頁。1234567磁力攪拌溶膠－凝膠合成反應(yīng)示意圖1.容器2.密封蓋板3.反應(yīng)溶液4.轉(zhuǎn)動磁子5.磁力攪拌器加熱板6.溫度調(diào)節(jié)器7.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器

第十三頁，共23頁。二氧化硅微球的TEM照片

第十四頁，共23頁。SiO2微球的形成機(jī)理

利用醇鹽水解制備球形氧化物或氫氧化物顆粒是一種常用的方法。在僅有水和醇溶劑存在下，硅醇鹽的水解速率較慢，因此一般都需要加入催化劑，用氨水作催化劑可制備得到SiO2微球。第十五頁，共23頁。在氨水作催化劑時(shí)，正硅酸乙酯的水解縮聚反應(yīng)分兩步，具體的化學(xué)反應(yīng)式如下：第十六頁，共23頁。氧化硅球形顆粒的形成機(jī)理示意圖第十七頁，共23頁。反應(yīng)條件對

SiO2微球粒徑和形貌的影響

有機(jī)溶劑種類對SiO2粒徑和形貌的影響

保持其它反應(yīng)條件不變，分別采用甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇為溶劑來制備SiO2微球。第十八頁，共23頁。正硅酸乙酯（TEOS）濃度對SiO2球形顆粒大小的影響

第十九頁，共23頁。氨水的量對SiO2球形顆粒大小的影響

第二十頁，共23頁。溫度對SiO2球形顆粒大小的影響(a)是在30℃恒溫水浴中反應(yīng)5h生成的二氧化硅微球;(b)的恒溫水浴溫度為40℃;(c)的水浴溫度處理機(jī)制(溫度梯度法)為:先在40℃恒溫水浴反應(yīng)2h(高恒溫水浴階段),在后3h內(nèi),先自然降溫30℃(自然降溫階段),然后在該溫度下恒溫反應(yīng)至結(jié)束(低恒溫水浴段);(d)的水浴溫度處理機(jī)制為:先50℃恒溫2h,在后3h內(nèi),自然降溫至30℃并保持該溫度恒溫反應(yīng)。第二十一頁，共23頁。結(jié)論(1)醇做溶劑，影響SiO2顆粒的分散性，甲醇、乙醇、正丁醇為溶劑顆粒呈單分散狀態(tài)，正丙醇為溶劑顆粒呈團(tuán)聚狀態(tài)。且隨醇碳鏈增長，SiO2微球的粒徑增大，尺寸分布變寬。(2)隨著反應(yīng)溶液中正硅酸乙