纳米多孔玻璃材料的制备和研究.ppt

纳米多孔玻璃材料的制备和研究 200807041084 李兴佩 纳米材料概述 纳米材料概述 人类在进入充满生机与挑战的21世纪的今天，正面临着人口、资源、能源和环境等问题的严峻挑战。以纳米技术、信息技术和生物技术为龙头的高新技术的迅速发展，为节约资源和能源、协调环境保护和可持续发展提供了新的手段和方法，并正在引发一场新的产业革命，从而推动了知识经济的发展。美国IBM公司首席科学家Armstong说：“正像20世纪70年代微电子技术产生了信息革命一样，纳米科学技术将成为下一世纪信息时代的核心。”著名科学家钱学森也预言：“纳米和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将是21世纪又一次产业革命。”作为21世纪三大主导科学技术之一的纳米技术，必将在这场革命中发挥重要的作用。在富有挑战的21世纪的前20年，纳米技术将成为世界先进国家竞争的战略制高点，纳米技术产业发展的水平将决定着一个国家在世界经济中的地位。 Na2O-B2O3-SiO2系多孔玻璃的制备方法 关于Na2O-B2O3-SiO2系多孔玻璃的制备有很多方法，包括分相法、溶胶-凝胶法、粉末烧结法、填充法和有机泡沫浸渍法等。不同的方法有不同的优点和缺点，通过几种多孔玻璃制备方法的比较，可以在实验中采用能够制备纳米多孔玻璃的制备方法。 溶胶-凝胶法 分相法 粉末烧结法(即发泡法) 填充法 有机泡沫浸渍法 纳米多孔玻璃概述 纳米多孔玻璃是指孔径具有数十到数千埃的微孔玻璃。是利用某些特定组成的玻璃的分相现象，经过特定工艺处理而制得的一种具有无数连通网络结构孔道的玻璃。一般是采用Na2O-B2O3-SiO2体系，并选择适当的组分制备而得的。与由玻璃微粉烧结和无机盐、醇盐水解等方法制得的多孔玻璃不同，纳米多孔玻璃不需要经过缩聚或再烧结的物理成孔过程，它是直接利用某些组成玻璃在某一温度范围会分相成两种互相连通但结构性质不同的相，再利用两相性质的不同，使其中一相溶出，另一相结构保持不变，从而使溶出相留下大量连通的孔道，制得纳米多孔玻璃。 1.3.2纳米多孔玻璃的发展及其研究状况 纳米多孔玻璃最初并不是一种材料，而只是生产高硅氧玻璃的中间产品。1926年Turner和Winksp[3]首次研究了硼硅酸盐玻璃中的微分相现象，并利用此现象制造出了SiO2含量在96%以上的高硅氧玻璃（Vycor玻璃），纳米多孔玻璃则是制造高硅氧玻璃的中间产品。康宁公司近年来研制成功的高档轿车前车灯用玻璃，就是利用纳米多孔玻璃来制备掺杂蓝色高硅氧玻璃，产 纳米多孔玻璃的应用及其前景展望 由于多孔玻璃的特有的特点，多孔玻璃可作为吸附剂、精制剂、药物载体以及催化剂载体广泛应用于气体分离、液体分离、液相色谱柱填充剂、离子选择性电极、放射性废弃物的处理、催化剂或酶的载体等，在食品加工、化学化工、生物工程、医药工业及环境保护等领域获得广泛的应用。享誉世界的跨国公司和居世界领先地位的专业公司几乎都致力于多孔玻璃的发展之中，如：德国的肖特玻璃公司；意大利的保特罗公司；美国的杜邦公司；法国的斯坦茵-霍特公司；英国的BH-F公司、FIC公司；芬兰的泰姆格拉斯公司；奥地利李赛克公司；日本旭硝子株式会社；韩国东一公司；新加坡卓政利工程公司；比利时贝卡尔特公司；印度乐吉康公司等。 纳米多孔玻璃的具体应用大致有以下几方面： 1.4.2.1气体分离 由于纳米多孔玻璃孔径分布狭窄，可以精确测量，并能满足几纳米到100nm纳米范围内所需要的各种微孔孔径，可将纳米多孔玻璃做成薄膜状，利用其细孔特性，进行气体分离。 [48]。 1.4.2.2液体分离 液体的分离如果根据被分离对象的粒度大小大体可分为四类，即：粒径在10μm～1mm为一般过滤。粒径在100nm～几十微米为精滤。粒径在几个纳米至几个微米为超滤。粒径在几个埃到几十纳米为逆渗透。 1.5纳米多孔玻璃研究中仍存在的问题 虽然对纳米多孔玻璃的研究己有多年的历史，但在纳米多孔玻璃制备过程中仍然存在一些尚未解决的问题，给纳米多孔玻璃的大规模工业化生产带来困难。而且，一些基础性研究还不够深入，大多数仍处于探索阶段。部分存在的问题有： （1）多孔玻璃在制备过程中易产生裂纹或碎裂，因此要制得表面平整光洁、孔结构分布均匀、大尺寸、无裂痕、高强度的纳米多孔玻璃材料还有一定的困难，这一点非常不利于纳米多孔玻璃的实用化。 （2）对纳米多孔玻璃的光学性能与孔结构的关系研究甚少，不能对实践起指导作用。 （3）对纳米多孔玻璃分相和酸处理过程中所产生的应力以及母体玻璃在熔融过程中硼挥发等问题，仍然没有量化。 （4）对纳米多孔玻璃掺杂和表面改性仅限于实际应用，形成过程的理论研究比较少，而且应用范围也有很大的局限性。 除此之外，还有许多问题有待于进一步的研究和探讨。 第二章 实验原料及实验仪器