纳米二氧化硅的制备及复合材料性能研究【文献综述】 .pdfVIP

毕业论文文献综述

应用化学

纳米二氧化硅的制备及复合材料性能研究

纳米科学与纳米材料

纳米科学是研究0-100nm范围内物质所特有的现象和功能的科学，是研究在十亿分

之一到千万分之一米内，原子、分子和其他类型物质的运动和变化的科学。也就是说，

几十个原子、分子或成千个原子和分子“组合”在一起时，表现出既不同于单个原子、

分子的性质。有时这种组合被称为“超分子”或“人工分子”，以区别于正常的原子和

分子，这种“超分子”往往具有人们意想不到的性质。在纳米量级内，物质颗粒的尺寸

己经接近原子，这时量子效应已开始影响到物质的结构和性能。(如金属Cu到纳米级就

成为电的不良导体;Si仇具有优良的绝缘性，而达到20nm时却开始导电。)由于纳米微

粒的结构独特，因而由其构成的纳米材料具有传统材料和器件所没有的新的性能和功

能。纳米微粒的独特结构，使其产生了表面效应、体积效应和量子尺寸效应等，从而使

纳米材料表现表现出光、电、磁、吸附、催化以及生物活性等特殊性能。狭义的纳米技

术是以纳米材料科学为基础制造新材料、新器件、研究新工艺的方法和手段。纳米科学

和技术有时称为纳米技术。纳米科学和技术实际上就是研究一堆原子(团簇)甚至于单个

原子或分子的一门学科。纳米科技不是某一学科的延伸，也不是某一新工艺的产物，而

是基础物理学科与当代高科技的结晶。它以物理、化学的微观研究理论为基础，以当代

精密仪器和先进的分析技术为手段，是一个内容广泛的多学科群。纳米材料是指由纳米

结构单元构成的任何类型的材料，如金属、陶瓷、聚合物、半导体、玻璃和复合材料等，.

而这些材料的结构单元，如纳米粒子(零维结构体系，OD)(也称超微粒子)、纳米层(二

维结构体系，ZD)和碳纳米管(一维结构体系，ID)等，又是由原子和分子组成的。通过

改变纳米结构单元的大小，控制内部和表面的化学性质，控制它们的组合，就能设计材

料的特性和功能。

纳米粒子的性质

纳米材料由纳米粒子组成。纳米粒子一般是指尺寸在0.1一100nm之间的粒子，处

于原子簇和宏观物体交界的过渡区域。从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统

既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种型的介观系统，具有下述效应，并由

此派生出传统固体不具有的许多特殊性质。

表面效应

粒子直径减少到纳米级，不仅引起表面原子数的迅速增加，而且纳米粒子的比表面

积、表面能都会迅速增加。这主要是因为处于表面的原子数较多，表面原子的晶场环境

和结合能与内部原子不同所引起的。众所周知，固体材料的表面原子与内部原子所处的

环境是不同的。当材料粒径远大于原子直径时，表面原子可以忽略;但当粒径逐渐接近

于原子直径时，表面原子的数目及其作用就不能忽略，而且这些晶粒的表面积、表面能

和表面结合能等都发生了很大的变化，人们把由此引起的种种特异效应统称为表面效

应。随着纳米材料粒径的减小，表面原子数迅速增加。例如，当粒径为IOnm时表面原

子数为完整晶粒原子总数的20%;而粒径为Ilun时，其表面原子百分数增大到99%，此

时组成该纳米晶粒的所有约30个子几乎全部集中在其表面。由于表面原子周围缺少相

邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性，易与其他原子相结合而稳定下来，故表现出

很高的化学活性。随着粒径的减小，纳米材料的表面积、表面能及表面结合能都迅速增

大。

制备纳米二氧化硅

液相法

液相法是目前实验室和工业上普遍采用的合成纳米粉末的方法。此方法是用可溶性金属

盐制备纳米粉末的方法。原理如下:首先选择一种或多种合适的可溶性金属盐类，按所制

备的材料组成计量配制成溶液，使各元素呈离子或分子态，再选择一种合适的沉淀剂或

用蒸发、升华、水解等操作，使金属离子均匀沉淀或结晶出来，最后将沉淀或结晶物脱

水或加热分解而得到纳米级材料。液相法又可分为沉淀法、水解法、氧化法、还原法、

溶胶一凝胶法、电解法等。其中溶胶一凝胶法是一种重要的液相化学合成法。溶胶一凝

胶法是指将烷氧金属或金属盐等前驱物溶液在一定条件下(如水解等)生成溶胶，然后经

溶剂挥发或加热等处理使溶液或溶胶转化为网状结构的过程。在凝胶过程中，粒子大小

取决于分散相的溶解度以及分子或离子的浓度。

纳米二氧化硅的应用

塑料制品

(l)二氧化硅填充的聚氯乙烯农用薄膜;

(2)塑料投影片;