二氧化硅微球的制备及自组装.PDF

第 29卷 第 1期 黑 龙 江 大 学 自然科 学 学报 Vo1．29 No．1 2012年2月 JOURNALOFNATURALSCIENCE OFHEILONGJIANGUNIVERSITY February，2012 二氧化硅微球的制备及 自组装 孙立国 ， 赵冬梅。， 玄立春 ， 张贞浴 ， 栾羽佳 ， 李佰林 (1．黑龙江大学 化学化工与材料学院，哈尔滨 150080；2．黑龙江东方学院 食品与环境工程学部，哈尔滨 150086) 摘 要：先后通过一步法和改进 的溶胶种子法制备了单分散二氧化硅 (SiO，)亚微米微球，利用 扫描电子显微镜(SEM)对样品的形貌进行了表征，同时系统地研究了氨水浓度、水的浓度、温度、 硅源浓度和二次成核等不同反应条件对SiO 粒径和分散性的影响。最后采用缓慢干燥法和垂直 沉积法对SiO 亚微米微球进行了自组装，用扫描电镜进行 了表征。结果表明：所制备的SiO 亚微 米微球尺寸均匀，单分散性好，符合 自组装胶体晶体的要求。 关键词：二氧化硅微球 ；一步法；种子法；自组装 中图分类号 ：O613．5 文献标志码 ：A 文章编号：1001—701l(2012)01—0099—07 0 引 言 单分散SiO：亚微米微球凭借其 良好的分散性、巨大的比表面积、优 良的光学性能和化学稳定性 已成 为材料中的重要一员，是材料科学工作者研究的热点，在塑料 、橡胶、胶粘剂、涂料和化妆品等行业有着广 泛的应用和发展 】]。SiO，亚微米微球的粒径及其分布、密度和比表面积等指标可以通过控制合成过程的 工艺参数来进行较精确的调控。微球的应用不仅限于初期的硅酸盐产品的原料和聚合物增强用的结构 材料，在一些高新技术领域已得到广泛延伸。如用于制备三维胶体晶体或用作高性能色谱柱填充材料， 粒径均一的单分散SiO，亚微米微球也已被用在核壳结构的有机 ／无机复合微球的制备上L2j。随着科技 的发展，人们对单分散 SiO 亚微米微球的研究兴趣逐渐集中在微球 自组装制胶体晶体模版方面，而优 良 的单分散SiO 微球的制备是合成高质量模版的前提。自从 Sttiber3【发明醇盐水解工艺制备SiO 亚微米 微球以来 ，SiO 亚微米微球的制备方法一直处于不断的完善与更新之中。 在制备球形氧化物或氢氧化物颗粒时，醇盐水解是一种常用的方法 。Kolbe等 在仅有水和醇存在 时，用氨水作催化剂制备了SiO 亚微米微球。氨水作催化剂时，正硅酸乙酯 (TEOS)的水解缩聚反应分两 步，具体的化学反应式如下： NH 水解 ：si(OC2H5)4+4H2O C2H5OH+Si(OH)4 NH， 缩合：Si(OH)— si02 +2H20 NH 总反应 ：si(Oc2H5)4+2H20— si02 +4c2H5OH TEOS经过水解和缩合形成SiO微核。反应一定时间后，SiO 颗粒逐渐长大，最终形成单分散的SiO 亚微米微球。 本文利用改进的St~ber合成法 ：一步法和种子法 ，合成不同粒径的SiO 亚微米微球，用缓慢干燥法和垂 直沉积法进行了自组装，并用扫描电镜、反射光谱等仪器进行了表征。 收稿 日期：201l一10—16 基金项 目：国家自然科学基金资助项 目20910402040)；黑龙江省新世纪高等教育教学改革工程项 目(2010年)；黑龙江大学青 年科学基金资助项 目(QL200902号)；2011年黑龙江大学创新实验室基金资助项 目 作者简介：孙立国(1975一)，男，讲师，博士，主要研究方向：功能材料和仿生材料的制备及应用，E-mail：sunliguo0322@yahoo．corn．en · 100 · 黑 龙 江 大 学 自 然 科 学 学 报 第29卷 1 实验部分 1．1 实验设备与及主要试剂 恒温水浴锅、S一212恒速搅拌器、500mL三颈瓶、100mL恒压漏斗、100mL量桶、50mL烧杯、5mL移 液枪、EC一211电子天平、101一A