纳米二氧化硅SiO2的研究现状及其运用
（邓奕鹏、夏常梁、宁波、赵英孜、王娜）
摘要 通过国内外的影响力较大数据库，查找期刊、杂志、论文中
的相关文献来了解二氧化硅（SiO2）、在国内外科技前沿的研究现状及运用情况。探究其是否能够作为“荷叶自洁效应及其表膜纳米功能材料的研究及运用“的纳米材料载体。
0 前言 “荷叶自洁效应及其表膜纳米功能材料的研究及运用”需
要一种纳米材料来构成像荷叶表面的“乳突”的型式结构。以使这种涂层能够具有自清洁效果的。二氧化硅（SiO2）具有来源广泛，耐腐蚀、高硬度、高强度、高韧性、生物友好性等特征。把二氧化硅（SiO2）作为这种乳突的型式结构是一种不错的选择。而且具有可操作性！因此，我们有必要对这些材料有更深的认识，以了解他们的制备方法、表面特征的相关属性。来达到更好的利用二氧化硅（SiO2）的目的。增加自己对二氧化硅（SiO2）的了解。
1、纳米二氧化硅的性质：
1.1 物理性质 纳米Si02为无定型白色粉末，是一种无毒、无
味、无污染的无机非金属材料。经透射电子显微镜测试分析．这种材料明显显现出絮状或网状的准颗粒结构，颗粒尺寸小，比表面积大。工业用Si02称作自炭黑，是一种超微细粉体，质轻，原始粒径O．3微米以下，相对密度2．319～2．653熔点1750℃，吸潮后形成聚合细颗粒。
1.2 化学性质 纳米Si02的体积效应和量子隧道效应使其产
生渗透作用，可深入到高分子化合物的“键附近，与其电子云发生重叠，形成空间网状结构，从而大幅度提高了高分子材料的力学强度、韧性、耐磨性和耐老化性等。因而，人们常利用纳米Si02的这些特殊结构和性能对塑料及涂料进行改性或制各有机Si02复合材料，提高有机高分子材料的综合性能。
1.3 光学性质 纳米Si02微粒由于只有几个纳米到几十个
纳米，因而，它所表现出来的小尺寸效应和表面界面效应使其具有与常规的块体及粗颗粒材料不同的特殊光学特性。采用美国Varian公司Cary一5E分光光谱仪对纳米Si02抽样测试表明，对波长200～280 nm紫外光短波段，反射率为70％～80％；对波长280～300 nm的紫外中波段，反射率为80％以上：在波长300～800 nm之间，纳米Si02材料的光反射率达85％；对波长在800～1300 nm的近红外光反射率也达70～80％。
2、国内外研究现状
2.1 制备方法的多样性
科技的发展推进了材料技术的革命，制备sio2材料的方法较多，国内外最常用的方法有：
2.1.1 气相法 气相法多以四氯化硅为原料，采用四氯化硅气体在氢氧气流高温下水解制得烟雾状的二氧化硅。 实验原理：
2H2 J一02—2H20 SICl4+2HzO—，SiOz+4HCl 2H2+02+SICl4一Si02+4HCl
2.1.2 沉淀法 沉淀法是硅酸盐通过酸化获得疏松、细分散的、以絮状结构沉淀出来的Si02晶体。 实验原理：
Na2Si03+HCl一H2S03+NaCl H2S03一Si02+H20
2.1.3 Sol—Gel法 Sol—Gel技术由于其自身独有的特点成为当今重要的一种制备Si02材料的方法。Sol—Gel法是以无机盐或金属醇盐为前驱物(Precursor)，经水解缩聚过程逐渐凝胶化、然后经过一定的后处理(陈化、干燥)得到所需的材料。Roy等发现用此法制各的物质可以获得很高的化学均匀性，并运用此法大量制备了包含有A1、Si、Ti、Zr等金属氧化物的复合陶瓷，而这些材料用普通的粉末法是制不出来的；Stober等人发现用氨作为TEOS水解反应的催化剂可
以控制Si02粒子的形状和粒径；Overbeek等发现若粒子的成核作用可在短时间内实现，并接着在不存在过饱和的情况下生长就可得到单分散的氧化物胶粒。这些方法的出现使得我
们有可能在材料合成早期就对其形态、结构进行控制。
2.1.4 水热合成法 水热反应是高温高压下，在水溶液或蒸汽等流体中进行有关化学反应的总称。水热反应法是利用水热反应制备粉体的一种方法，它为各种前驱物的反应和结晶提供了一个在常压条件下无法得到的、特殊的物理和化学环境。对设备要求高，操作复杂，能耗较大。，水热合成过程中的温度、压力、样品处理时间以及溶液的成分、酸碱性、所用的前驱体种类、有无矿化剂和矿化剂的种类等对所生成的氧化物颗粒的大小、形式体系的组成、是否为纯相等有很大的影响。
2.1.5 超重力反应法 超重力技术，即旋转填充床(RPB)技术，是近年来兴起的强化传递与反应的高新技术。利用旋转填料床中产生的强大离心力一超重力环境，使气液的流速及填料的比表面积大大提高而不液泛。液体在高分散、高湍动、强混合以及界面急速更新的情况下与气体以极大的相对速度在弯曲孔道中逆向接触，极大地强化了传质过程。传质单元高度降低了1—2个数量级，并且显示出许多传统设备所完全不具备的优点阻踟。在超重力环境下，不同大小分子间的分子扩散和相间传质过程均比常重力场下的要快得多，气液、液液、液固两相在比地球重力场大数百倍至千倍的超重力环境下的多孔介质中产生流动接触，巨大的剪切力将液体撕裂成纳米级的膜、丝和
滴，产生巨大的和快速更新的相界面，使相间传质速率比传统的塔器中的提高1—3个数量级，微观混合和传质过程得到极大强化。
2.1.6 微乳液反应法 微乳液法，又称反相胶束法，是液相制备法中的较为新颖的～种手段。金属盐和一定的沉淀剂形成微乳状液，在较小的微区内控制胶粒成核和生长，热处理后得到纳米粒子。
2.2 研究方法的多样性
要了解材料相关属性，就必须对材料进行分析研究，在科技相当发达的今天，研究材料的相关属性的方法也就呈现出多样性！
2.2.1 红外光谱 在美国Nicolet公司产FTIR型红外光谱仪测试样品的红外吸收光谱，测量了经500℃热处理的纳米si02样品的红外吸收光谱，图中3435．26 cm-1是与--OH基因伸缩振动有关的吸收蜂，1637，13 cm-1是与H一0一H弯曲振动有关的吸收峰，而1094．42 cm-1则为Si—O—Si反对称伸缩振动引起的强吸收带， 798．28 cm-1 和466，641 cm-1等处的吸收峰则都与Si—o的弯曲振动或摇摆振动有关。
图2 二氧化硅的红外光谱图