《氧化硅微球的制备》ppt课件

1、单分散二氧化硅微球的制备单分散二氧化硅微球的制备肖城肖城 李涵蔚李涵蔚主讲人：肖城主讲人：肖城目录目录一、二氧化硅微球的性质二、二氧化硅微球的运用三、二氧化硅微球的制备 二氧化硅微球的概念二氧化硅微球的概念 微球微球microspheremicrosphere： 微球的粒径定义普通为微球的粒径定义普通为1-500um1-500um，小的可以是几，小的可以是几纳米，大的可达纳米，大的可达800um800um，其中粒径小于，其中粒径小于500nm500nm的，通常的，通常又 称 为 纳 米 球 又 称 为 纳 米 球 n a n o s p h e r e sn a n o s p h e r e

2、 s 或 纳 米 粒 或 纳 米 粒nanoparticlesnanoparticles, ,属于胶体范畴。属于胶体范畴。 二氧化硅微球的性质二氧化硅微球的性质 为无定型白色粉末为无定型白色粉末, ,是一种无毒、无味、无污染是一种无毒、无味、无污染 的非金属资料。的非金属资料。 微构造为球形微构造为球形, , 呈呈絮状和网状的准颗粒构造。絮状和网状的准颗粒构造。 具有对抗紫外线的具有对抗紫外线的光学性能光学性能; ; 掺入资料中可提高掺入资料中可提高资料的抗老化性和耐化学性资料的抗老化性和耐化学性; ; 分散在资料中分散在资料中, , 可可提高资料的强度、提高资料的强度、 强性强性; ; 还具

3、有吸附色素离还具有吸附色素离子、降低色素衰减的作用。子、降低色素衰减的作用。运用运用 二氧化硅微球由于比外表积大、密度小、分散性好，同时又具有良好的光学以及力学特性，因此在生物医学、催化、功能资料、高性能陶瓷、涂料、复合资料、记录资料、传感器、催化剂、吸附剂、化装品、药物、色谱柱填料 、构造陶瓷原料 、油墨的添加剂、光电学， 数据存储、医学诊断以及免疫测定等相关资料和研讨领域有着重要运用。运用运用 SiO2球引入荧光染料，可制得荧光微球，在生物医学成像和免疫测定中有广泛运用。 SiO2 颗粒的颗粒的SEM图图运用运用 近几年更引起人们研讨兴趣的是用二氧化硅微球球形颗粒为原料自组装制备光子晶体。

4、由光子晶体制得的资料具有制止某一频段光波经过的特性，是制备集成度更大、速度更快的光电器件的根底。而制备亚微级0.1um-1um的球形Si02颗粒又是组装三维光子晶体的前提。 光子晶体(又称光子禁带资料) 从资料构造上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电构造的人工设计和制造的晶体。SiO2 光子晶体的光子晶体的SEM图图二氧化硅微球的制备二氧化硅微球的制备 SiO2微球的制备方法很多，如微乳液法、化学气相堆积法、粉碎法、机械合金法、溅射法、激光诱导化学气相堆积法、化学蒸发凝聚法、沉淀法、超临界枯燥法、水热合成法、溶胶一凝胶法、胶束法、反胶束法、气溶胶法、共沉淀一微乳液联用法、辐射合成制备

5、法、球晶技术、囊泡技术等。二氧化硅微球的制备二氧化硅微球的制备 SiO2微球的制备方法很多，如微乳液法、化学气相堆积法、粉碎法、机械合金法、溅射法、激光诱导化学气相堆积法、化学蒸发凝聚法、沉淀法、超临界枯燥法、水热合成法、溶胶一凝胶法、胶束法、反胶束法、气溶胶法、共沉淀一微乳液联用法、辐射合成制备法、球晶技术、囊泡技术等。 溶胶溶胶-凝胶法制备二氧化硅微球凝胶法制备二氧化硅微球 以溶胶-凝胶法为根底的Stober法因其工艺简单、本钱低廉，成为制备球形Si02的首选方法之一。 Stober法以正硅酸乙酯为原料，以乙醇为介质，经过氨水催化水解和凝聚制备出单分散二氧化硅颗粒。溶胶凝胶法的根本概念溶胶

6、凝胶法的根本概念溶胶溶胶Sol是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1100nm之间。之间。凝胶凝胶Gel是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质构成延续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，普通在是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质构成延续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，普通在13之间。之间。溶胶溶胶无固定外形无固定外形固相粒子自在运动固相粒子自在运动凝胶凝胶固定外形固定外形固相粒子按一定网架构造固定不能自在挪动固相粒子按一定网架构造固定

7、不能自在挪动* 特殊的网架构造赋予凝胶很高的比外表积特殊的网架构造赋予凝胶很高的比外表积 *溶胶凝胶法：就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，溶胶凝胶法：就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进展水解、缩合化学反在液相下将这些原料均匀混合，并进展水解、缩合化学反响，在溶液中构成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒响，在溶液中构成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，构成三维空间网络构造的凝胶，凝胶网络间间缓慢聚合，构成三维空间网络构造的凝胶，凝胶网络间充溢了失去流动性的溶剂，构成凝胶。凝胶经过枯燥、烧充溢了失去流动性的溶剂，构成凝胶。凝胶经过枯燥、烧结固

8、化制备出分子乃至纳米亚构造的资料。结固化制备出分子乃至纳米亚构造的资料。溶解溶解前驱体前驱体溶液溶液溶胶溶胶凝胶凝胶凝胶凝胶水解水解缩聚缩聚老化老化溶胶-凝胶法实验过程： 将适量的醇、水和氨水依次参与烧杯中，室温下用磁力搅拌器搅拌均匀，再将一定量的正硅酸乙酯(TEOS)缓慢滴加到混合均匀的上述溶液中，滴加终了用聚乙烯薄膜密封烧杯口，约15min出现白色沉淀，继续搅拌5h，使反响完全，再经一系列的后处置(离心、洗涤、枯燥)得到SiO2微球。1234567磁力搅拌溶胶凝胶合成反响表示图磁力搅拌溶胶凝胶合成反响表示图1.1.容器容器 2. 2. 密封盖板密封盖板 3. 3.反响溶液反响溶液 4. 4

9、.转动磁子转动磁子5. 5. 磁力搅拌器加热板磁力搅拌器加热板 6. 6. 温度调理器温度调理器 7. 7. 转速调理器转速调理器 二氧化硅微球的二氧化硅微球的TEM照片照片 SiO2微球的构成机理微球的构成机理 利用醇盐水解制备球形氧化物或氢氧化物颗粒利用醇盐水解制备球形氧化物或氢氧化物颗粒是一种常用的方法。在仅有水和醇溶剂存在下，硅是一种常用的方法。在仅有水和醇溶剂存在下，硅醇盐的水解速率较慢，因此普通都需求参与催化剂，醇盐的水解速率较慢，因此普通都需求参与催化剂，用氨水作催化剂可制备得到用氨水作催化剂可制备得到SiO2SiO2微球。微球。在氨水作催化剂时，正硅酸乙酯的水解缩聚反响分在氨水

10、作催化剂时，正硅酸乙酯的水解缩聚反响分两步，详细的化学反响式如下：两步，详细的化学反响式如下：氧化硅球形颗粒的构成机理表示图氧化硅球形颗粒的构成机理表示图反响条件对反响条件对 SiO2微球粒径和形貌的影响微球粒径和形貌的影响有机溶剂种类对有机溶剂种类对SiO2粒径和形貌的影响粒径和形貌的影响 坚持其它反响条件不变，分别采用甲醇、乙醇、坚持其它反响条件不变，分别采用甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇为溶剂来制备正丙醇、正丁醇为溶剂来制备SiO2微球。微球。正硅酸乙酯TEOS浓度对SiO2球形颗粒大小的影响氨水的量对氨水的量对SiO2球形颗粒大小的影响球形颗粒大小的影响温度对温度对SiO2球形颗粒大小的影

11、响球形颗粒大小的影响(a)(a)是在是在3030恒温水浴中反响恒温水浴中反响5h5h生成的二氧化硅微球生成的二氧化硅微球;(b);(b)的恒温水的恒温水浴温度为浴温度为40;(c)40;(c)的水浴温度处置机制的水浴温度处置机制( (温度梯度法温度梯度法) )为为: :先在先在4040恒温水浴反响恒温水浴反响2h(2h(高恒温水浴阶段高恒温水浴阶段),),在后在后3h3h内内, ,先自然降温先自然降温30(30(自自然降温阶段然降温阶段),),然后在该温度下恒温反响至终了然后在该温度下恒温反响至终了( (低恒温水浴段低恒温水浴段);(d);(d)的水浴温度处置机制为的水浴温度处置机制为: :先先5050恒温恒温2h,2h,在后在后3h3h内内, ,自然降温至自然降温至3030并坚持该温度恒温反响。并坚持该温度恒温反响。结论结论(1)醇做溶剂，影响SiO2颗粒的分散性，甲醇、乙醇、正丁醇为溶剂颗粒呈