纳米粒子的可控生长.docx

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1、纳米粒子的可控生长（SiO2）一、绪论纳米SiCh是由硅或有机硅的氯化物高温水解生成的外表带有羟基的超细粉 体，粒径通常为20-60 nm,化学纯度高，分散性好。纳米SiCh主要采用气相法和 沉淀法生产:将无机硅或有机硅的氯化物在氢气和空气存在下于高温炉（1000 1200）中分解,生成SiCh气溶胶,再经聚集器收集即可制得气相法纳米SiO2; 用酸分解可溶性的硅酸盐,即可制得沉淀法纳米SiCh。其中气相法生产的纳米 SiCh粒径较小,结构比较紧密,一次结构的内部具有相对稳定的物理化学性能。 沉淀法生产的纳米SiCh外表羟基多,碱性强,结构疏松,一次结构的内部易被氧 化,最后形成团聚,导致性能

2、降低。两种方法生产的纳米SiCh都是粒径小于40 nm的絮状和网状准颗粒结构， 外表都存在不饱和的残键及不同键合的羟基,具有很高的外表活性,常用于制备 聚合物/无机纳米复合材料，以提高聚合物材料的力学性能。另外，纳米SiO2独 特的小尺寸效应和宏观量子隧道效应使聚合物材料的弹性、耐磨性、耐水性、 光稳定性及外表糙度等性能也得到大幅度提高。因此聚合物/纳米SiO2复合材 料具有广阔的应用前景。纳米SiO2的外表改性与分散：纳米SiCh以两种形式存在，即单分散性的一 次粒子和团聚的二次粒子。一次粒子处于激发态,有极高的反响活性,二次粒子 处于相对稳定状态。由于纳米SiCh粒子外表存在大量的羟基,外

3、表结合能高，易 于团聚。因此,制备纳米复合材料时需要对纳米SiCh粒子的外表进行改性，使其 处于一次粒子状态,改善其在聚合物基体中的分散性。纳米SiCh的外表改性方 法主要有物理法和化学法两大类。大致有以下几种：（1）机械化学改性。运用粉 碎、摩擦等机械应力作用对纳米粒子外表进行激活，以改变外表晶体结构和物理 化学结构；（2）外膜层改性。在纳米SiCh外表均匀地包覆一层其它物质的膜， 使其外表性质发生变化；（3）外表覆盖改性。主要是利用外表活性剂覆盖于纳米 SiCh粒子外表，赋予粒子表而新的性质。常用的外表活性剂有硅烷类偶联剂、钛 酸酯类偶联剂等；（4）局部活性改性。利用纳米SiCh外表的羟基

4、引发与单体或 聚合物的反响,在粒子外表接枝含有不同功能的聚合物或单体，使之具有新的功 能。二、纳米SiO2材料的制备及可控生长方法2. 1共混法共混法是制备聚合物/纳米SiCh复合材料最简单且应用最广的一种方法。 典型的共混方法有：（1）溶液共混。在聚合物溶液中加入纳米SiO2粒子,充分搅 拌溶液，使之分散均匀，再除去溶剂即可；（2）乳液共混。与溶液法相似，只是用 乳液代替溶液，主要适用于聚合物难以溶解的情况；（3）熔融共混。对纳米SiCh 粒子进行外表处理后加入聚合物中，在熔融状态下共混。共混法的优点在于操作 简单,且可控制纳米SiCh粒子的形态、尺寸。但缺点是粒子易团聚，均匀分散困 难。因

5、此共混前须对纳米SiCh进行外表改性。2. 2溶胶-凝胶法该法是将烷氧金属化合物或金属盐等水溶性盐或油溶性醇盐等溶于水或有 机溶剂中形成均质溶液,溶质发生水解生成纳米粒子溶胶,再与聚合物缩聚形成 三维网状结构的凝胶,经高温干燥除去低分子物后即制得纳米复合材料。溶胶- 凝胶法的优点是从过程的初始阶段就可在纳米尺度上控制材料结构，并使粒子均 匀地分散于聚合物中，甚至可到达“分子复合”的水平，从而制备多种性能的纳 米复合材料。该法存在的问题是凝胶干燥过程中因溶剂等低分子物的挥发易导 致材料收缩产生裂纹。溶胶-凝胶法是目前应用较广且较完善的制备纳米复合材 料的方法。2. 3原位分散聚合法原位分散聚合法

6、是采用超声波分散、机械共混等手段使纳米SiCh在聚合物 单体（或预聚体）中均匀分散，然后在一定条件下引发单体原位聚合。该方法同共 混法一样也需要对纳米SiCh粒子进行外表改性，但分散效果优于共混法。采用 原位分散聚合法可使聚合物单体一次聚合成型，不需二次热加工,防止了由此产 生的降解,从而保证了基体各种性能的稳定。此外文献中还有一些新型的SiO2材料的制备及可控生长方法：1 .反相微乳液法制备纳米SiCh的研究室温下，在四口烧瓶中，配置一定量的环己烷和外表活性剂混合溶液，搅 拌条件下，向其中滴加一定浓度的氨水，得反相微乳液。继续滴加一定量的 TEOS,几小时后，反相微乳液体系由清亮透明液开始呈

7、现蓝白乳光，且蓝白乳 光越来越明显，说明水解、缩合逐步生成纳米SiCh粒子。反响产物用无水乙醇 离心、洗涤，80 C下烘干，得白色固体SiCh粉末样品。结论：（1）在NP5/环己烷/氨水的反相微乳液体系中，经TEOS的水解、 缩合反响，得到了粒径在30-50nm.单分散的纳米SiO?胶体。（3）当体系中TEOS的浓度增大时，粒子的粒径随之增大。降低NP-5的浓度, SiCh的粒径减小，粒度分布变窄。水相中，氨水的浓度起到了控制纳米SiCh粒 子外表形貌的作用，且在较高氨水浓度时，粒子的粒径较大，粒径分布较窄。2 .纳米SiCh的制备及其改性PET的研究（1）用量筒量取234mL蒸镭水和223m

8、L乙二醇倒入烧杯；（2）用盐酸或氨水将其调节到需要的pH值后倒入三颈烧瓶中，插入四 氟搅拌器；（3）将三颈烧瓶放入恒温水浴锅中固定，插入恒压滴液漏斗，升温至 50；（4）用量筒量取223mLTOES倒入恒压滴液漏斗；（5）开启搅拌器，控制转速为5（）0rpm,翻开恒压滴液漏斗，缓慢滴入 TEOS；（6） TEOS滴完后，关闭恒压滴液漏斗，加入5mL的KII-560,继续反响 lh；（7）升温至60,继续反响3h后结束反响。结论：HC1催化制得的SiCh粒子粒径从几十纳米到几百纳米呈不均匀分布, 且KH-560的加入可以减小Si（h粒子的尺寸，并且使得SiCh粒子的形态从不规 那么多面体转变成球

9、形颗粒。NH3-H2O催化制得的SiCh粒子粒径分布极其均匀, 均在14nm； KH-560的加入对SiCh粒子的尺寸基本没有影响，但是对粒子与粒 子之间的聚集形态有着很大的影响。未加入KH-560的SiCh粒子的聚集形态呈 棒状和树枝状，而KH-560的加入使得SiCh粒子的聚集形态呈规那么的球形和奇 特的蝌蚪状。这两种聚集形态的不同是由于KH-560能够在一定程度上阻止 SiCh粒子的团聚。KH-560的能够在单个或少量团聚的SiCh粒子外表形成保护 层，类似外表活性剂的作用，阻止团聚的进一步发生。三、总结总之，尺寸100nm的粒子会出现一些与体相材料不同的新性质，产生一些 新的现象。这些

10、新性质和新现象对人们认识自然具有重要学术意义，同时对未来 的工业和技术将会产生革命性的影响。纳米粒子的可控合成和组装是功能纳米 器件的设计和构筑并走向应用的关健。其中，纳米粒子的可控合成包括粒子大小、 形状和相结构可控。这是一个前沿性和挑战性极强的研究课题，但也是一个亟需 解决的课题。影响纳米粒子可控合成的因素很多，主要分为内部因素和外部因素。 内部因素决定了热力学平衡状态的形状和结构;外部条件将影响纳术粒子大小、 形状和相结构的调控,如:反响时间,温度，升温速率,溶剂的极性和粘度,前驱物 浓度和反响性能以及外表活性剂等均对纳米晶的大小、形状和晶体质量会产生 重大影响,且这些因素的影响又是相互关联的。