袁琳娜 劉積春 馮雅飛 樊旭東 張玩濤

【摘 要】納米二氧化硅（nano-SiO2）為無定型白色粉末（團(tuán)聚體），是一種無毒無味和無污染的非金屬功能材料。由于其具有較大的比表面積，并且表面存在著羥基，故具有奇異或反常的特性。目前，研究nano-Si02的制備方法已成為納米技術(shù)領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。下面就對nano-Si02的制備方法進(jìn)行闡述，最后介紹了納米二氧化硅的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】納米二氧化硅;制備方法;發(fā)展

二氧化硅是自然界中廣泛存在的無機(jī)材料，因儲(chǔ)量豐富以及價(jià)格低廉而被很多行業(yè)應(yīng)用。隨著二氧化硅粉末尺寸的減小，二氧化硅的量子尺寸、量子隧道效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)，并且伴隨著奇異的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)以及高溫下高強(qiáng)、高穩(wěn)定性等特性，因此引起了眾多學(xué)者的研究興趣，被譽(yù)為“21世紀(jì)最有前途的材料之一”[1]。目前二氧化硅納米材料已在很多領(lǐng)域獲得應(yīng)用[2]。目前，二氧化硅納米顆粒的制備方法主要有氣相法、化學(xué)沉淀法、溶膠-凝膠法以及微乳液法等。

1.納米二氧化硅

納米二氧化硅為無定型白色粉末，是一種無毒、無味、無污染的非金屬材料微結(jié)構(gòu)為球形，呈絮狀和網(wǎng)狀的準(zhǔn)顆粒結(jié)構(gòu)。它具有獨(dú)特性質(zhì)如具有對抗紫外線的光學(xué)性能。它還可提高材料的抗老化性和耐化學(xué)性;將納米二氧化硅分散在材料中，可提高材料的強(qiáng)度，強(qiáng)性。還具有吸附色素離子、降低色素衰減的作用等。

2.納米二氧化硅的制備方法

納米二氧化硅的制備按工藝[3]可分為干法和濕法兩大類：干法工藝制備的產(chǎn)品雖然具有純度高，性能好的特點(diǎn)，但設(shè)備投資大、生產(chǎn)過程中能耗大、成本高。濕法工藝所用原料廣泛、價(jià)廉，產(chǎn)品經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑化學(xué)改性后，補(bǔ)強(qiáng)性能接近于炭黑。干法包括氣相法和電弧法，濕法有沉淀法和凝膠法。其中沉淀法生產(chǎn)流程簡單，能耗低，是目前主要的制備方法。

2.1溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法一般以硅酸酯為原料，經(jīng)水解縮聚后逐漸膠化，然后經(jīng)過一定的后處理（陳化、干燥）得到所需的材料。采用溶膠-凝膠法技術(shù)制備的nanoSiO2，

其最終收反應(yīng)水和NH3的濃度、硅酸酯的類型[正硅酸四甲酯（TMOS）、正硅酸四乙酯（TEOS）和正硅酸四丙酯（TPOS）等、醇的種類（甲醇、乙醇、丙醇和戊醇等）、催化劑的種類（酸或堿）和溫度等因素?cái)U(kuò)散的影響而有所不同。通過對這些影響因素的調(diào)控，可獲得不同結(jié)構(gòu)的納米材料。王孝龍[4]等采用溶膠-凝膠法，不使用任何催化劑，選用高沸點(diǎn)的乙二醇作為共溶劑，通過調(diào)節(jié)TEOS和水的體積比，在較高的反應(yīng)溫度下，制備了球狀nano-SiO2。

2.2沉淀法

沉淀法制備的納米二氧化硅粒子內(nèi)部存在無規(guī)則的二元線型結(jié)構(gòu)。沉淀法是硅酸鹽通過酸化獲得疏松、細(xì)分散的，以絮狀結(jié)構(gòu)沉淀出SiO，晶體的方法。該法原料易得、生產(chǎn)流程簡單、能耗低、投資少，但是產(chǎn)品質(zhì)量不如氣相法和凝膠法，為目前主要的生產(chǎn)方法。郭宇[5]等以水玻璃和鹽酸為原料，采用化學(xué)沉淀法在反應(yīng)溫度為40～50℃、PH值為5～6、干燥溫度為110℃、焙燒溫度為500℃的條件下，制得的SiO2粒徑為50～60nm，比表面積大且分散性好，達(dá)到了工業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3反相微乳液法

反相微乳液法一種可有效調(diào)控納米顆粒大小的方法。該法通過控制納米微水池，進(jìn)而控制產(chǎn)物的粒徑及其它性質(zhì)。反相微乳液通常由表面活性劑、助表面活性劑（通常為醇類）、油（通常為碳?xì)浠衔铮┖退螂娊赓|(zhì)水溶液在適當(dāng)?shù)谋壤伦园l(fā)形成的透明或半透明、低粘度和各向同性的熱力學(xué)穩(wěn)定體系。反相微乳液法制備納米材料的影響因素有：水核半徑R（主要由水和表面活性劑的物質(zhì)的量比來控制）、微乳液界面強(qiáng)度（主要通過體系含水量、界面醇含量、醇和油的碳?xì)滏滈L短來控制）。Arriagada等研究了R以及氨水濃度的影響，認(rèn)為低氨水濃度下粒徑隨R的增大而減小，高氨水濃度下粒徑隨R的增大出現(xiàn)最小值。

2.4氣相法

激光激活化學(xué)氣相沉積是制備納米Si02的有效方法之一。該方法比較容易制備出晶態(tài)和非晶態(tài)納米粒子，具有清潔、無壁效應(yīng)、粒度分布均勻，無黏結(jié)、產(chǎn)量高、可連續(xù)生產(chǎn)及應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。為了獲得高純超細(xì)Si02粉末，工藝中利用SiC14氣相原料反應(yīng)物激活后發(fā)生反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)方程式為：

SiCl4+02→Si02+C12↑

為充分利用SiCl4，02與SiCl4一般混合比至少為4：1，在溫度為1120～1200℃，氧氣流量為0.5～1.0L/min.激光功率為300～350W時(shí)，15min便可生成Si02納米粉術(shù)。

氣相法原料品費(fèi)，設(shè)備要求高，生產(chǎn)流程長，能耗大。

3.展望

納米科學(xué)技術(shù)是80年代末90年代初才迅速發(fā)展起來的一門前沿、交叉性新型學(xué)科領(lǐng)域，自從納米技術(shù)的誕生到現(xiàn)在，所取得成就以及對各個(gè)領(lǐng)域的影響和滲透一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。對納米材料的研究一個(gè)突出特點(diǎn)是基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的銜接是非常緊密的，并且實(shí)驗(yàn)成果的轉(zhuǎn)化速度之快超出人們的預(yù)料，其基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究都取得了重要的進(jìn)展。納米技術(shù)的發(fā)展將會(huì)在21世紀(jì)的工業(yè)領(lǐng)域引起一場革命性的變化。有專家預(yù)言納米科技、信息技術(shù)和生物技術(shù)將成為21世紀(jì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的三大支柱。納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用，將使各國在世界經(jīng)濟(jì)中的地位排布發(fā)生變化，因而納米技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今世界各個(gè)發(fā)達(dá)國家爭奪的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，他們都對納米技術(shù)的開發(fā)。研究投入了大量的人力、物力。歐洲的一些國家、日本以及美國己經(jīng)制定并實(shí)施了各自的納米科學(xué)技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略計(jì)劃。

但是nano-SiO2，的制備技術(shù)仍難以滿足應(yīng)用需求，面臨著許多有待解決的問題：①如何有效解決nano-SiO2，粒子的團(tuán)聚問題，使其在制備過程中能夠分散均勻;②如何更有效地控制nano-SiO2，粒子的粒徑與形貌;③如何降低成本，實(shí)現(xiàn)粒子的規(guī)?；a(chǎn)等。

參考文獻(xiàn)：

[1]芳明.納米二氧化硅的制備、表面改性和應(yīng)用前景. 精細(xì)化工原料及中間體 2011年第1期.

[2]劉煥彬，陳小泉.納米科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3]李曦，劉連利，王莉莉.納米二氧化硅的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展.渤海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2006，12

[4]王孝龍，紀(jì)全，夏延致，等.溶膠-凝膠法制備納米SiO，及其表面接枝改性研究[J].納米科技，2007，4（2）：34-36.

[5]郭宇，吳紅梅，周立岱，等.化學(xué)沉淀法制備納米二氧化硅[J].遼寧化工，2005，2：56-57.

基金項(xiàng)目：陜西省2020年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（S202013123029）葡萄糖響應(yīng)型二氧化硅載胰島素體系合成及評價(jià)。

（作者單位：陜西國際商貿(mào)學(xué)院）