核壳二氧化硅材料的制备及表征
核壳材料是纳米材料的一种。当材料的尺寸达到纳米级别时,材料的物理化学性质发生了密集的变化,具有了一些崭新的性质:表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。上述几个性质带来了两个至关重要的影响:第一,与小尺寸效应相伴而生的高比表面积以及量子作用逐渐占据了主导地位;第二,高的比表面积增强了纳米颗粒的表面原子的优势,它的内部原子处于了劣势地位。 核壳材料多种多样,由于形状决定性质,按照外形可将核壳材料分为球形、立方形、棱柱、六角形、八面体、圆盘状、线形、棒状以及空心管等等各种不同形貌的粒子;又因为核壳材料一般是由几部分复合而成,兼具了这几部分的性质,因此还可以按照内外材料来分类,即无机-无机、无机-有机、有机-无机、有机-有机四大类。核壳复合粒子因其特殊的结构而呈现出来许多奇特的性质,对材料实现多功能化和定向改造,为普通人的现实生活,创造了很多便宜之处,特别是在生物医学领域和电学领域。生物医学领域中,核壳纳米复合粒子主要是用于药物输送、生物成像、生物传感器、细胞标记、组织工程学等。在特殊陶瓷、制备空心微球、催化等领域,核壳微球也体现了其奇特的性质。 本文先介绍了制备SiO2/SiO2核壳材料的方法。第一步,制备了单分散的二氧化硅微球;第二步在碱性和酸性两种情况下在刚制备的微球上包覆一层外壳。结论如下: (1)采用水解缩合法分别在无水乙醇、丁醇做溶剂的条件下合成了粒径分布均一、单分散性较好的SiO2微球,其粒径均处于亚微米级。 (2)随着反应介质分子量的增加,体系中的反应速率减慢,SiO2微球的粒径增大。以甲醇为溶剂制备的SiO2微球尺寸最小,且分散度差;以无水乙醇为溶剂制备的SiO2微球尺寸居中,约为200nm;以丁醇为溶剂制备的SiO2微球尺寸最大,约为400nm。粒径分布也随之变宽,但球体球形度更好,微球之间的团聚现象得到改善。 (3)在碱性水解缩合过程中,随着加入的表面活性剂的增多,所得的核壳型二氧化硅的总粒径增大,即壳厚度增大。 本文还介绍了一种制备PS/SiO2核壳材料的方法。第一步,用乳液聚合法制备聚苯乙烯微球;第二步在上述微球外包覆一层SiO2外壳。结论如下: (1)乳液聚合法是制备单分散聚苯乙烯微球的有效方法,本实验制备出的聚苯乙烯颗粒球形度好,表面光滑,而且单分散性好。 (2)采用了一种简单的制备单分散的、二氧化硅包裹聚苯乙烯(PS/SiO2)核壳结构复合微球材料的实验方法,其工艺简单,成本低廉。 (3)本文的聚合反应在水介质中进行,无需使用共单体,使用便宜的阴离子型引发剂过硫酸铵(APS)而非昂贵的阳离子型AIBA引发剂,此外,在包覆处理前不用进行溶剂交换或离心处理,简化了制备过程。 (4)随着氨水用量的增加,所得的核壳结构半径增大且粗糙度增加。因此,调整氨水的用量可以得到所需要的尺寸的核壳结构材料。
二氧化硅材料;核-壳结构;制备工艺
山东师范大学
硕士
微电子学与固体电子学
张晓凯
2014
中文
TB383;TN304.21
65
2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）