单因素对单分散二氧化硅微球制备的影响图文.docx

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单因素对单分散二氧化硅微球制备的影响图文

万方数据

材料导报2009年11月第23卷专辑14

假设溶液总体积等于反应物各组分体积之和。

根据不同配方配制母体溶液,持续反应6~8h形成白色乳浊液。

乳液离心洗涤至上层清夜pH值呈中性,所得粉体干燥后研磨、测试表征。

1.2试剂与仪器设备

主要试剂:

硅酸四乙酯,AR,天津科密欧试剂厂;浓氨水（25%~28%,AR,成都市联合化工厂;乙醇,AR,成都市方舟化学试剂厂;去离子水,自制。

主要仪器:

￥440型扫描电子显微镜,日本理学公司;激光粒度分析仪,Zetasizer3000Hs,英国Malvem公司。

2结果与讨论

2.1TEOS添加方式对Si02微球的影响

图1是采用相同配方（[TEOS]=0.12mol/L、[-NHs]一0.90mol/L、[H203=2.40mol/L、[C2H50H]=15.0mol/L;反应温度为25℃、不同添加方式所得样品I-I、2-I的氮气吸附量（A、脱附量（D与气体相对压力的关系。

BET曲线表明,在fI/P。

比值较小时,两样品的脱附量均比吸附量略大,说明脱附时样品中有其它气体排出,这可能是未反应完的TE（s以及氨气等析出所致。

样品2-1的吸附量与脱附量远比样品1-1的小,说明样品卜1的比表面积比样品2—1的大,致密性比样品2—1的差。

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图1样品1-1和2-1的BET图谱

F喀1BETspectraof1-1and2-1sample

图1是典型的非气孔型固体表面的气体物理吸附。

实验测得样品1-1的平均孔径为12.1nm,比表面积为108.56m2/g;样品2-1的平均孔径为10.1nm,比表面积为10.2mz/g。

这表明制备的SiQ微球比较致密,表面和内部仅存有少量的微小空隙。

反应中TEOS水解产物之间形成了一维或二维的单链,进一步缩聚使链与链之间形成大颗粒的凝胶,其密度相对较小,链与链之间形成了较小的微孔。

通过改变TEOS加入方式,有效地减小了微球的比表面积,降低了平均孔径,提高了SiQ微球体的致密性。

图2为样品1-1和3—1的粒度分布曲线,由图2可以看出,在配方和反应温度相同的条件下,正硅酸乙酯一次性添加所得粉体体积平均粒径（22.88/xm最大,粒度分布较宽,自然单分散性较差（样品1—1粒径一致性为0.8874;而连续滴定和分步滴定正硅酸乙酯所得微球粒径分布窄,呈良好的正态分布,体积平均粒径变d、（18.61pm,微球单分散性好（样品3—1粒径一致性为0.4965。

这主要是由于一次性添加的正硅酸乙酯在反应体系中水解生成大量的Si（0Ht,迅速缩聚成可溶性缩合物并进一步形成大量不稳定微晶核,不稳定晶核相互团聚易形成新核,从而破坏了Si02微球粒径的单分散性。

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图2样品卜1和3.1的粒度分布曲线

Fig.2Thepartidesizedistributionof1-1and3-Isample

图3样品1—1、2-1和3-1的扫描电镜照片

№3sEMmicrographsof1—1,2—1and3-1sample

图3为样品1-1、2-1和3-1的扫描电镜照片。

从图3中可以看出,样品1—1团聚现象十分严重,且大部分为块状粉体;样品2—1球形度较好,平均直径约为400rim,但微球表面的光洁度不好;样品3—1不但球形度好,而且粒径十分均匀、单分散性好,直径约为200hm,表明在配方和反应温度相同的条件下,分步滴定与连续滴定可制备出球形度及单分散性好的SiOe微球,且分步滴定制备的Si02微球在球形度、粒径分布、球体缺陷等方面优于连续滴定法制备的SiQ微球。

而采用传统溶胶一凝胶法制备的Si02微球易团聚、单分散性差,表明将TEOS-CtHsOH母体溶液添加到NHa—HzO-C2H。

OH母体溶液对所制备的siQ微球的直径、形貌和分散性等都有很大影响。

但鉴于分步滴定法反应控制相对复杂且连续滴定法制备的微球能满足组装光《磷母

乎\娶簟

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单因素对单分散二氧化硅微球制备的影响/李朝毅等・153・

子晶体的要求,本实验主要采用连续滴定法制备单分散si@微

球。

2.2温度对Si02微球的影响

选择25℃、35℃、45℃,55℃等4个不同水解温度,采用相

同配方（[TEOS]=o.15mol/L、[NH3]=o.50mol/L、[-H20]=

5.0mol/L、[C2H50H]=10.0mol/L制备Si（2微球,所得样品

编号分别为lml、RT-2、RT-3和RT-4,研究反应温度对单分

散SiQ微球制备的影响。

图4为样品RT_1一RT-4的激光粒度分布曲线。

由图4可

看出,样品RT-1、RT-2S102微球的粒度分布接近正态分布;而

样品RT-3、RT-4的粒度分布存在2个不同峰,其中样品RT-4

的单分散性更差。

随着水解、缩聚反应温度的升高,根据反应温

度与单分散胶体颗粒尺寸之间的关系nuJ=J。

exp（一△GD/

KTexp（一AG+/KT（J为成核速度,_r。

为开始成核速率,△G。

图5样品RT-1、RT-2、RT-3和RT-4的扫描电镜照片

表示扩散活化自由能的改变,AG。

代表临界成核自由能的改№5SEM

micrographsofRT-1,RT-2,RT-3,andRT-4samp!

e变,K为玻尔兹曼常数,T为反应温度可知,反应温度升高,成

核速率将呈几何级数增加。

这主要是因为反应温度升高分别2.3溶剂类型对si02微球的影响

提高了水解、缩聚的速率,而TEOS在碱性条件下水解速率大采用连续滴定法和相应配方（[TEOS]=0.15mol/L、于聚合速率,水解生成的Si（OH。

迅速缩聚成可溶性缩合物并[NH3]=0.50mol/L、EHzO]一5.0mol/L,以乙醇、丙醇、异丙迸一步形成大量不稳定的微晶核。

温度越高,不稳定晶核的浓醇、正丁醇作为溶剂,制备Si02微球,所得样品编号分别为SE-度越高,易相互团聚形成新核,从而宽化粒径分布。

而且,温度1、SE-2、SE-3和SE-4。

过高,反应体系中氨水和乙醇挥发得很快,同样不利于单分散

SiQ微球的形成。

图5为样品RT-1一I弭4的扫描电镜照片,

同样也说明了这点。

因此,实验选择常温25℃或恒温水浴25~

35℃。

芝

鐾

毒

垂

图4样品RT-|、RT-2、RT-3和RT-4的激光粒度分布曲线隐4TheparticlesizedistributionofRT-I,RT-2,RT-3,

aadRT-4sample

圈6样品SE-1、SE-2、SE-3和SE-4的扫描电镜照片

Fig.6

SEMmk'rographsofSE-1,SE-2,SE-3andSE-4sample图6为样品SE'1~SE-4的扫描电镜照片。

从图6中可以看出,乙醇作为溶剂生成的样品（SE^1颗粒呈球形且球形度、单分散均较好;而以丙醇、异丙醇、正丁醇作为溶剂制备的样品（SB2。

SE-3,SE-4中只存在少量球形颗粒,大部分为粉体颗粒并存在严重的团聚现象。

根据胶体稳定性的DLVO理论,胶体质点间存在范德华力吸引作用,而质点在相互接近时又因双电层的重叠而产生排斥作用。

实验中,可以把溶剂中的离子强度看成一个常数,势垒和最大排斥力主要由表面能、介电常数和颗粒大小决定[1引。

乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇的介电常数依次减小,正常情况下颗粒的粒径应该依次增大。

但在实验中,丙醇（iE、异和丁醇作为溶剂,介电常数和颗粒的Zeta电位较低,势垒相对较低。

粒子之间形成的静电斥力不足以阻止微粒布朗运

（下转第164页

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单因素对单分散二氧化硅微球制备的影响

作者:

李朝毅,段涛,杨玉山,LIChaoyi,DUANTao,YANGYushan

作者单位:

李朝毅,杨玉山,LIChaoyi,YANGYushan（西南科技大学国防科技学院,绵阳,621010,段涛,DUANTao（西南科技大学国防科技学院,绵阳621010;中国工程物理研究院激光聚变研究中心

绵阳621900

刊名:

材料导报

英文刊名:

MATERIALSREVIEW

年,卷（期:

2009,23（z2

参考文献（10条

1.丛海林;曹维孝二氧化硅胶体晶体及其为模板的多孔材料[期刊论文]-高等学校化学学报2005（03

2.祝名伟光子晶体用SiO2-Ag-SiO2核壳结构亚微米微球制备与性能研究及自组2002

3.董鹏单分散SiO2颗粒的研究进展2000（03

4.曲会英;杨黄浩;林鹏荧光团杂化纳米SiO2微球作为生物标记探针的应用研究[期刊论文]-高等学校化学学报2006（03

5.ZhongKaifu;PuJin;ChenQianwangNihollownanospheres:

Preparationandcatalyticactivity2006

6.MandalTK;FlemingM;WaltDRProductionofhollowpolymericmicrospheresbysurface-confinedlivingradicalpolymerizationonsilicatemplates2000

7.OrlinDVelevu;AbrahamM;LenhoffColloidalcrystalsastemplatesforporousmaterials2000

8.JohnsonNP;MccombPWSynthesisandopticalpropertiesofopalandinverseopalphotoniccrystals2001

9.张辉;赵晓峰;唐清统计模式识别技术在单分散二氧化硅微球制备技术中的应用2003（01

10.StoberW;FrinkAControlledgrowthofmonodispersesilicaspheresinthemicronsize1968

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2010,31（1

3.严小琴.YANXiao-qin单分散二氧化硅微球合成中时间控制方法研究[期刊论文]-陕西科技大学学报（自然科学版2011,29（1

4.段涛.彭同江.马国华.DUANTao.PENGTong-jiang.MAGuo-hua二氧化硅微球的制备与形成机理[期刊论文]-中国粉体技术2007,13（3

5.申晓毅.翟玉春.刘岩.SHENXiaoyi.ZHAIYuchun.LIUYan超声水热法制备单分散球形二氧化硅及因素分析[期刊论文]-化工学报2008,59（9

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9.李春明.付振晓.黎红明.杜泽伟.聂小明.刘会冲单分散二氧化硅超细颗粒的制备[期刊论文]-电子元件与材料2004,23（9

10.张琳.翟江.李克训.赵君华.李洪亮.赵修松.ZHANGLin.ZHAIJiang.LIKe-xun.ZHAOJun-hua.LIHong-liang.ZHAOXiu-song温度和搅拌速度对二氧化硅直径和单分散性的影响[期刊论文]-化学工程师2009,23（6

引证文献（1条1.姜小阳.李霞纳米二氧化硅微球的应用及制备进展[期刊论文]-硅酸盐通报2011（3本文链接：