表面活性剂辅助酸催化溶胶-凝胶法制备高强度超亲水二氧化硅减反增透纳米粒子涂层

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层状纳米二氧化硅

层状纳米二氧化硅是一种特殊的纳米材料，具有独特的结构和性质。

1. 结构：层状二氧化硅的结构是通过正负电荷相互作用，在带正电荷的层状胶束上沉积带负电荷的硅酸根离子，然后经过缩聚反应获得的。这种层状结构通常具有孔道和无定型的特性。

2. 制备：制备层状纳米二氧化硅的常见方法是溶胶-凝胶法。这个方法涉及水解有机硅酸酯，产生带有负电荷的硅酸根离子，然后通过静电作用在层状胶束上聚合沉积，最后得到无机-有机的层状二氧化硅复合体。通过适当的煅烧除去有机物，可以制得具有层状结构的二氧化硅。

3. 应用：由于层状纳米二氧化硅具有独特的结构和性质，它在许多领域都有广泛的应用前景。例如，它可以用于催化剂载体、滤光材料、光吸收材料、医药领域以及新材料制备等方面。

总的来说，层状纳米二氧化硅是一种具有独特结构和性质的纳米材料，其制备方法和应用领域都非常广泛。随着科学技术的不断进步，层状纳米二氧化硅在各个领域的应用将会更加深入和广泛。

溶胶-凝胶法制备纳米二氧化硅

ｇｌｐｏｅｓｈｐｉｚｔｎｐｏｅｓｏｒｐｒｇｎｎｅｒｃｓ．Ｔｅｏｔａｉｒｃｓｆｅａｎａｏ—ｓｌａｈｓｂｅｏｎｕｙｃｎｒＨｎｅｒｔｆａ・ｍｉｏｐｉｉｃａｅｎｆｕｄｏｔｏｔｉｇｔａｉｏｗｍａｉｂｏｈｏｒ
１２实验设备．
ＤＦ—Ｉ１ＯＳ型集热式电磁搅拌器，电热鼓风干燥箱ＤＬ一１１２型，Ｘ２５—１０ — Ｓ２— ．０型箱式电阻炉。
这是由于乙醇起了稀释的作用，使得反应速率降低，达到凝胶点所需时间也相应延长。但是，无水乙醇的含量也不能够太低，因为在溶胶反应之前正硅酸乙酯
Ｋｅｗｏｄｎｎ — ｉｃｓｌ—ｇｌｐｏｅｓｅｈｌｓｌｃｔｙｒｓａｏ— ｓｌａｉｏ－ｅｒｃｓｔｙｉａｅｉ
纳米二氧化硅为无定型白色粉末，毒、味、无无无污染，面存在羟基和吸附水，有粒径小、表具纯度高、密度低、比表面积大、分散性能好的特点，以及优越的稳定性、强性、补触变性和优良的光学及机械性能，广

纳米TiO2的制备方法

一、溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是一种较为重要的制备纳米材料的湿化学方法，主要包括4步：

1.溶胶的制备。Ti(OR)4与水不能互溶，但与醇、苯等有机溶剂无限混溶，所以可先配制Ti(OR)4的醇溶液（多用无水乙醇）A，配制水的乙醇溶液B，并向B中添加无机酸（HCl，HNO 3等）或有机酸（HAc或柠檬酸等）作水解抑制剂，也可加一定量NH 3，将A和B按一定方式混合、搅拌得透明溶胶。

2.溶胶-凝胶的转变。随着搅拌的进行，溶胶经过缩聚过程转变成湿凝胶。

3.使湿凝胶转变成干凝胶。

4.热处理。将干凝胶磨细，在一定温度下热处理，便可得到纳米TiO 2。

以Ti(OC 4H 9)4为原料，无水乙醇为溶剂，盐酸作水解抑制剂，按摩尔比为Ti(OC 4H 9)4:H 2O:C 2H 5OH:HCl=1:(1～4):15:0.3，得到不同粒径和晶型的TiO 2纳米晶。用溶胶-凝胶法制备了Pt掺杂的TiO 2，得出在Pt含量为0.1% mol的时候光催化性能最好。

溶胶-凝胶法(Sol-Gel)是目前研究应用最多的TiO 2光催化剂的制备方法之一，溶胶-凝胶法制备纳米材料有如下优点为：（1）反应条件温和，成分容易控制；（2）工艺、设备简单；（3）产品纯度高，容易掺杂改性。在溶胶－凝胶过程中，溶胶由溶液制得。化合物在分子级水平混合，故胶粒内及胶粒间化学成分完全一致；颗粒细，胶粒尺寸小。该法可容纳不溶性组分或不沉淀组分，不溶性颗粒均匀地分散在含不产生沉淀的组分的溶液，经凝胶化、不溶组分可自然地固定在凝胶体系中，不溶性组分颗粒越细，体系化学均匀性越好；掺杂分布均匀，可溶性微量掺杂组分分布均匀，不会分离、偏析。它比醇盐水解法优越，粉末活性高。一般情况下，溶胶-凝胶法在室温合成无机材料，能从分子水平上设计和控制材料的均匀性，获得高纯、超细、均匀的纳米材料。

溶胶-凝胶法制备TiO2纳米粉

姓名：郭霖班级：材料物理

学号：110102030021

前言：

纳米材料是由极细晶粒组成、特征尺寸在纳米数量级（1～100nm）的固体材料。由于这种材料粒子的粒径介于块状物体与原子、分子之间,其特性明显不同于本体物质和微观粒子,具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，表现出许多优异的力学、热学、光学、磁学和电学等性质和新的规律。当粉体的尺寸达到纳米级别时，其比表面积会迅速增加，同时由于表面效应、小尺寸效应以及量子效应，纳米粉体将表现出许多特殊性能。

TiO2是一种重要的功能材料，除广泛应用于精细化工领域外，还因其具有许多特异的功能应用于电子工业中。纳米二氧化钛(TiO2)是一种光催化材料，而用作光催化剂的TiO2主要有两种晶相——锐钛矿相和金红石相。由于纳米颗粒与微米颗粒相比，具有一些独特的性质，如量子效应、表面-界面效应等，一般在TiO2光催化反应中，都将TiO2制成纳米尺度的粉体[，而制备具有锐钛矿晶型结构的纳米TiO2粉体是提高、改进其各种功能的有效途径之一。

溶胶-凝胶法原理：

溶胶-凝胶法制备纳米材料属于湿化学法(包括化学共沉淀法，水热法，微乳液法等)中的一种。该法是指用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米结构的材料。

超疏水纳米二氧化硅涂层

接触角大于90度称为疏水性，大于150度称为超疏水性，10μL水滴（二月桂酸二丁基锡:DBTDL）纳米级二氧化硅为无定形白色粉末，无毒、无味、无污染，微结构为球形，呈絮状和网状的准颗粒结构，分子式和结构式为SiO2，不溶于水。纳米二氧化硅的粒径小，比表面积大，比表面能高，并表面带有羟基。纳米二氧化硅的表面改性超疏水（疏水）涂层应用纳米二氧化硅表面羟基数目大量减少。甚至可以抵抗一些有机溶剂纳米涂层原子力显微镜照片通过改变涂层配方以及二氧化硅表面的不同改性，涂层的性能得到改变：疏油、疏水疏油纳米二氧化硅的粒径小，比表面积大，比表面能高，并表面带有羟基。通过改变涂层配方以及二氧化硅表面的不同改性，涂层的性能得到改变：疏油、疏水疏油在重力作用下，液球会发生滚动并沿途吸附灰尘直至滚出叶面这就是荷叶自洁效应。在重力作用下，液球会发生滚动并沿途吸附灰尘直至滚出叶面这就是荷叶自洁效应。分析测试表明，用前两者处理后粒子的疏水性增加。甚至可以抵抗一些有机溶剂纳米涂层原子力显微镜照片纳米级二氧化硅为无定形白色粉末，无毒、无味、无污染，微结构为球形，呈絮状和网状的准颗粒结构，分子式和结构式为SiO2，不溶于水。因此在凹陷部份中充满着空气，这样就在紧贴叶面上形成一层极薄，只有纳米级厚的空气层。纳米涂层原子力显微镜照片纳米二氧化硅的表面改性纳米二氧化硅的粒径小，比表面积大，比表面能高，并表面带有羟基。纳米涂层原子力显微镜照片常用尺寸范围15~100nm，具有许多独特的性质，如具有对抗紫外线的光学性能，能提高其他材料抗老化、强度和耐化学性能等。纳米二氧化硅表面羟基数目大量减少。因此在凹陷部份中充满着空气，这样就在紧贴叶面上形成一层极薄，只有纳米级厚的空气层。

影响溶胶—凝胶法制备TiO2薄膜的因素及改性途径

自从1972年Fujishima和Honda发现在光电池中TiO2单晶光分解水后，TiO2的光催化性能成为人们的研究热点，TiO2由于具有强氧化性、耐酸碱性好、化学性质稳定、无毒性等优点成为当前最有应用潜力的一种光催化剂。但由于粉末型TiO2光催化剂存在分离困难、易团聚和不易回收等缺点，所以常常将TiO2光催化剂制成薄膜。制备TiO2薄膜的方法主要有：化学气相沉积法、磁控溅射法、溶胶-凝胶法[4、5]和液相沉积法等，其中，以溶胶-凝胶法较常见。

本文对溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜的影响因素及改性等方面进行介绍，并对近年来采用溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜在光催化领域中的应用等进行综述和展望，期望对TiO2光催化材料的研究与开发起到一定的帮助。

2 溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜的工艺及优缺点

溶胶-凝胶法一般以钛醇盐及其相应的溶剂为原料，加入少量水及不同的酸和络合剂等，经搅拌和陈化制成稳定的溶胶；然后用浸渍提拉、旋转涂层或喷涂等方法将溶胶施于经过清洁处理的载体表面；最后经干燥煅烧，在载体表面形成一层薄膜。

溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜包括以下步骤：（1）金属盐水解；（2）胶溶；（3）陈化；（4）浸涂；（5）干燥；（6）煅烧。Sol-Gel 法制备负载型TiO2具有以下优点：1）高度均匀性，对多组分其均匀度可达分子或原子级；2）可降低烧结温度；3）化学计量比较准确，易于掺杂改性；4）工艺简单，易推广。但是溶胶-凝胶法多采用钛的醇盐为原料，成本较高，而且通过钛酸丁酯的水解和缩聚而形成溶胶的过程中涉及大量的水和有机物，所制备的TiO2薄膜在干燥过程中容易引起龟裂，这都需要进一步研究和改进。

sio2纳米材料的制备方法及优缺点

二氧化硅（SiO2）纳米材料的制备方法有多种，包括物理法、化学法、沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法等。

1. 物理法：此方法主要利用高能球磨机或超声气流粉碎机对SiO2聚集体进行多级粉碎，最终获得产品。优点在于生产工艺简单、生产量大、生产过程易于控制。然而，物理法对原料要求较高，且随着粒度减小，颗粒因表面能增大而团聚，难以进一步缩小粉体颗粒粒径。

2. 化学法：包括气相法、沉淀法、溶胶-凝胶法、离子体交换法和微乳液法等。其中，气相法以四氯化硅等为原料，通过高温或紫外线照射等方法使原料气化并发生化学反应生成SiO2纳米颗粒。优点在于粒度均匀、粒径小且成球形，产品纯度高，表面羟基少。缺点在于所用设备要求较高，所用原料贵，成品价格高。

3. 沉淀法：以硅酸钠和无机酸为原料，通过调节溶液的pH值使硅酸盐离子发生沉淀，再经过滤、干燥和热处理等步骤得到SiO2纳米颗粒。优点在于工艺简单、原料来源广泛。缺点在于难以控制粒径大小和形状，产物的分散性也较差。

4. 溶胶凝胶法：以硅酸酯为原料，通过水解和聚合反应形成透明的溶胶，再经过浓缩、陈化、干燥和热处理等步骤得到SiO2纳米颗粒。优点在于可控

制颗粒大小和形状，产物纯度高。缺点在于生产过程中需要使用大量有机溶剂，且反应条件较为苛刻。

5. 微乳液法：利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成微乳液，在微乳液的油相中通过控制反应条件制备出SiO2纳米颗粒。优点在于可控制颗粒大小和形状，产物纯度高。缺点在于需要使用大量有机溶剂，且制备过程较为复杂。

酸催化溶胶-凝胶法制备纳米TiO2光催化剂的影响因素研究

ＭｅｈｄＵｓｎｉｓｔｔｌｓｔｏｉｇＡｃｄａｈｅＣａａｙｔ
ＣＨＥＮＧｎｕＪａｈａ，ＷＵｂｏ，ＣＡＯｅｄｎ，ＺｉＹｉａＷｎａＨＡＮＧｅｇＰｎ２
（ＣｏｌｇｆＥｎｉｎｎａｃｅｃｎｇｎｅｉｇ，ＳｕｈＣｈｎｉｅｓｔｆＴｅｈｏｏｙ１ｌｅｏｖｒｍｅｔｌｉｎｅａｄＥｎｉｅｒｅｏＳｎｏｔｉａＵｎｖｒｉｏｃｎｌｇ，Ｇｕｎｚｏ１６１ｙａｇｈｕ５０４；２ＧｕｎｚｏｒｓｎＦｉｅＣｈｍｉａｓＩｓｉｕｅａｇｈｕＮｏｄｏｎｅｃｌｎｔｔｔ，Ｇｕｎｚｏ１６２ａｇｈｕ５０４）ＡｂｔａｔｓｒｃｓＴｈａｏｔａｉｍｉｘｄｏｅｓａｅｓｎｈｓｚｄｂｏ－ｅｔｏｔｈｙｒｃｌｒｃｄａｅｎｎ－ｉｎｕｄｏｉｅｐｗｄｒｒｙｔｅｉｙｓｌｌｔｅｇｍｅｈｄｗｉｔｅｈｄｏｈｏｉａｉｓｈｃ
ｔｏｆｇａｎｎｔｅｈａｒａｅｒｃｓ，ｍｏｏｉｐｒｅｎｎ－０２ｐｒｉｌｓａｅｏｔｉｅ．ｉｎｏｒｉｓｉｈｅｔｔｅｔｄｐｏｅｓｎｄｓｅｓａｏＴｉａｔｅｒｂａｎｄｃＫｅｒｓｙｗｏｄｓｌｅｔｏｏ— ｌｇｍｅｈｄ，ｎｎ－０２ａｏＴｉ，ｐｏｏａａｙｉ，ａｉｈｔｃｔｌｔｃｃｄ

新型溶胶-凝胶二氧化硅微孔增透膜的制备及性能研究

大的应用价值。关键词太阳能玻璃；增透膜；二氧化硅；溶胶一凝胶；微孔；环境稳定性
文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｒｈ１０００ — ０５９３（２０１３）０４ — ０８７２ — ０５
第３３卷，第４期２０１３年４月
光
谱
学
与
光
பைடு நூலகம்
谱
分
析
Ｖｏ１．３３，Ｎｏ．４，ｐｐ８７２ — ８７６
ＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄＳｅｃｐｔｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓ
Ａｐｒｉｌ，２０１３
工艺简单、易于控制等特点。采用该技术制备的增透膜具有透过率高、制作成本低、成膜面积大等优点，近年来已逐渐
成为研究和应用的热点。目前，溶胶一凝胶增透膜在太阳能电
池领域具有广阔的应用前景，能显著减少太阳能电池玻璃表面的光反射，提高太阳能电池的转换效率，因而获得了广泛
新型溶胶一凝胶二氧化硅微孔增透膜的制备及性能研究
商孟莹ｈ一，曹林洪～，刘淼，罗炫，任洪波，叶鑫，唐永建，蒋晓东

水热辅助溶胶凝胶法制备纳米钛酸锌及其光催化性能

水热辅助溶胶凝胶法是一种常用的制备纳米材料的方法。本文将介绍使用该方法制备纳米钛酸锌材料以及评价其光催化性能。

制备纳米钛酸锌材料的步骤如下：

1. 溶胶制备：将适量的钛的先驱体和锌的先驱体溶于适量的溶剂中。一般选择有机溶剂，如乙醇或丙酮。

2. 水热处理：将溶胶转移到水热反应器中，并加热至适当温度下进行水热处理。水热处理温度一般在100°C到200°C之间。

3. 激发作用：在水热处理的加入一定量的激发剂。激发剂可以是光催化剂，如二氧化钛或二氧化锌等。

4. 溶胶凝胶：随着水热反应的进行，溶胶会逐渐聚集，并形成凝胶状态。凝胶的形成可以通过测量溶胶的粘度来判断。

5. 水热辅助：使用水热处理来提高纳米颗粒的形成速率和质量。水热辅助可以在水热处理之前或之后进行。

6. 过滤和洗涤：将凝胶用滤纸过滤，去除溶液中的杂质。然后用适量的溶剂洗涤凝胶，以去除残留的溶剂。

7. 干燥和煅烧：将洗涤后的凝胶在适当的温度下干燥和煅烧，使其转化为晶体纳米材料。

通过以上步骤，我们可以得到纳米钛酸锌材料。为了评价其光催化性能，我们可以进行以下实验。

1. 光催化降解染料：选择一种有机染料，如亚甲基蓝，作为模型污染物。将纳米钛酸锌材料与染料一起暴露在紫外光下，观察染料的降解情况。

2. 可见光催化产氢：将纳米钛酸锌材料与适当的催化剂一起置于光反应器中，通过可见光照射激发材料产生氢气。收集并测量产氢量，评价光催化产氢性能。

3. 光催化分解有机废水：将纳米钛酸锌材料与有机废水混合，将混合物置于光反应器中，以紫外光或可见光照射。监测有机废水中有机物的降解情况，评价光催化分解有机废水的性能。

实验溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛实验

实验八溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛实验

一、实验目的

1、掌握溶胶-凝胶法制备纳米粒子的原理。

2、了解TiO2纳米粒子光催化机理。

二、实验原理

溶胶-凝胶法（Sol-Gel法）是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。

溶胶凝胶法制备TiO2纳米粒子是通过钛酸四丁酯的水解和缩聚反应来实现的，其分步水解方程式为：

Ti（OR ）n+H2O ^OH）（OR）n-1+ROH

Ti（OH）（OR） n-1+H 2O — OH）2（OR）n-2+ROH

反应持续进行，直到生成Ti（OH）n.

缩聚反应：

—Ti —OH+H—Ti — ____ —Ti —O—Ti+H z O

—Ti —OR+H—Ti — ____ —Ti —O—Ti+ROH

最后获得氧化物的结构和形态依赖于水解与缩聚反应的相对反应程度，当金属-氧桥-聚合物达到一定宏观尺寸时，形成网状结构从而溶胶失去流动性，即凝胶形成。

三、原料及设备仪器

1、原料：钛酸正四丁脂（分析纯）、无水乙醇（分析纯）、冰醋酸（分析纯）、盐酸（分析纯）、蒸馏水

2、设备仪器：电磁搅拌器、恒温干燥箱、高温炉

四、实验步骤

以钛酸正丁酯［Ti（OC4H）4］为前驱物，无水乙醇（C2H5OH为溶剂，冰醋酸（CH B COOH 为螯合剂，从而控制钛酸正丁酯均匀水解，减小水解产物的团聚，得到颗粒细小且均匀的二氧化钛溶胶。

1、室温下量取10 mL钛酸丁酯，缓慢滴入到35 mL无水乙醇中，用磁力搅拌器强力搅拌10 min，混合均匀，形成黄色澄清溶液A。

制备纳米二氧化钛的方法

纳米二氧化钛是一种重要的纳米材料，具有广泛的应用前景，例如在太阳能电池、催

化剂、光催化剂、抗菌剂、防晒剂等领域。下面介绍几种制备纳米二氧化钛的方法。

1. 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是一种常见的制备纳米二氧化钛的方法。该方法主要包括溶胶制备、凝

胶制备、干燥和烧结等步骤。一般来说，溶胶制备使用钛酸四丁酯、乙酸钛、钛硝酸等钛源。通过加入各种表面活性剂进行混合，生成钛溶胶。然后，通过控制pH值、温度等条件，钛溶胶可以转化为钛凝胶。之后，通过干燥和烧结可以得到纳米二氧化钛。

溶胶-凝胶法具有简单、易控制、制备规模可调的优点，但其制备成本较高，同时制

备时间也较长。

2. 水热法

水热法也是一种制备纳米二氧化钛的有效方法。该方法在普通压力下，在水热条件下

进行。通过将钛源和水混合，在高温和高压的条件下，在反应瓶中反应，形成纳米二氧化钛。锅炉管道管内沉积的纳米二氧化钛可作为理想输送介质。水热法具有制备成本低、制

备时间短的优点，是一种非常实用的制备方法。

3. 氧气气氛下燃烧法

氧气气氛下燃烧法也是一种制备纳米二氧化钛的有效方法，该方法将钛源和燃烧剂混合，使其在氧气气氛下燃烧，生成氧化钛。燃烧剂包括葡萄糖、硫酸铵等。这种方法具有

成本低、操作简单等优点，但需要进行后期处理才能得到高品质的纳米二氧化钛。

4. 离子液体辅助合成法

离子液体辅助合成法是一种新兴的制备纳米二氧化钛的方法。这种方法是通过将离子

液体与金属前驱体混合，制备出纳米级别的二氧化钛。离子液体的存在使得反应过程可控

性更好，对纳米二氧化钛的形貌和尺寸有显著的影响。此方法具有无害、环保等优点，并

超亲水表面的研究及应用进展

吴文剑;王超;李红强;张美丽;赖学军;曾幸荣

【摘要】超亲水表面与水具有很强的相互作用力,将水滴滴在上面能够在较短时间内完全铺展开,使接触角等于或接近于0°,在自清洁、防雾、防污、油水分离等众多领域均有着十分广阔的应用前景,是当前研究的热点之一.该文首先介绍了超亲水表

面的定义,并简单回顾了其研究背景;其次对超亲水表面的亲水机理进行了总结和归纳,其一是在高表面能物质的表面上构造粗糙度实现超亲水,其二是光致实现超亲水;进一步地,重点阐述了目前超亲水表面的主要制备方法及其研究进展,如溶胶-凝胶法、气相沉积法、模板法、相分离法和层层自组装法等,并对比了其优缺点;此外,介绍了超亲水表面在自清洁与防雾、油水分离及其它方面的主要应用进展;最后,指出了目

前制备超亲水表面存在的一些问题,如需要采用昂贵的仪器设备或复杂的工艺流程、易受外界条件(光、热、氧等)的影响、使用的持久性差、应用领域仍有待于发展等,并认为环保型、功能性和耐久性是超亲水表面未来的主要发展方向.

【期刊名称】《合成材料老化与应用》

【年(卷),期】2018(047)004

【总页数】9页(P104-112)

【关键词】超亲水;表面;进展;纳米技术;油水分离;发展方向

【作者】吴文剑;王超;李红强;张美丽;赖学军;曾幸荣

【作者单位】东莞理工学院材料科学与工程系,广东东莞523808;东莞理工学院材

料科学与工程系,广东东莞523808;华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州510640;东莞理工学院材料科学与工程系,广东东莞523808;华南理工大学材料科

纳米涂层的合成方法

1. 化学合成法

化学合成法是一种常见且经典的制备纳米涂层的方法。该方法通过控制化学反应的条件和反应物的浓度来合成目标纳米材料。常见的化学合成方法包括溶胶-凝胶法、热分解法和沉积法等。

- 溶胶-凝胶法：通过溶胶中的前驱体在凝胶剂的作用下形成凝胶，然后通过热处理得到纳米涂层。

- 热分解法：通过控制金属有机化合物的热分解反应，使其析出纳米颗粒并沉积在基底上。

- 沉积法：通过将金属盐或金属有机化合物的溶液直接沉积在基底上，形成纳米涂层。

2. 物理沉积法

物理沉积法是一种利用物理方法将纳米颗粒直接沉积在基底上的方法。常用的物理沉积方法包括蒸发法、溅射法和离子束沉积法等。

- 蒸发法：将具有所需纳米颗粒的材料加热至其蒸汽压力，使其蒸发并沉积在基底上。

- 溅射法：利用高能量粒子轰击目标材料，使其原子或分子释放并沉积在基底上。

- 离子束沉积法：通过加速带电离子束轰击目标材料，使其原子或分子沉积在基底上形成纳米涂层。

3. 生物合成法

生物合成法是一种利用生物体或生物分子来制备纳米涂层的方法。常见的生物合成方法包括生物还原法和生物矿化法。

- 生物还原法：利用微生物或植物细胞的酶系统，将金属离子还原成金属纳米颗粒，并沉积在基底上。

- 生物矿化法：利用生物体合成的骨架、壳体或囊泡等有机模板，在其表面控制沉积纳米材料。

综上所述，纳米涂层的合成方法包括化学合成法、物理沉积法

和生物合成法。选择合适的合成方法，可以实现对纳米涂层性能和

功能的有针对性调控，为纳米科技的发展提供更多可能性。

参考文献：

1. 张三，李四. 纳米涂层的合成方法综述. 纳米技术，20xx，（x）: xx-xx.

酸催化溶胶-凝胶法制备高强度SiO2增透膜研究进展

基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）（２０１１ＡＡ０５０５２５）；中国科学院重要方向性项目（ＫＧＣＸ＿Ｙｗ
３７０，ＫＧＣｘ２一ＥＷ－３０４２）；中国科学院光化学转化与功能材料重点实验室开放基金．
胶法．其中溶胶一凝胶法（ｓｏｌ — ｇｅ１）被认为是极具潜力的制备高透光率光学增透薄膜的方
法．这种方法有制作工艺简单、适用范围广、效果明显、制作成本低和光学性能好等一系
收稿日期：２０１２ — ０６ — ２１；修回日期：２０１２ — ０９ — １４．
学表面的反射光以及杂散光，增大膜的透光率ｌ３ｊ．高强度增透膜具有密度低、介电常数
低、折射率可调、热稳定性高、耐磨性好等特性，在光学和光电子材料、传感器、过滤器、汽
车玻璃及微电子集成电路等方面有广泛应用．最简单的增透膜是单层膜，它是镀在光学元件表面上的一层折射率较低的薄膜Ｉ４］．目前制备增透膜的方法主要有化学气相沉积、真空蒸镀、静电自组装法ｌ６书］及溶胶一凝

溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛及性质研究

实验原理
钛酸四丁脂在酸性条件下，钛酸四丁脂在酸性条件下，水解产物为含钛离子溶胶
Ti(O-C4H9)4 + 4H2O Ti(OH)4 + 4C4H9OH
含钛离子溶液中钛离子通常与其它离子相互作用形成复杂的网状基团，互作用形成复杂的网状基团，最后形成稳定凝胶
Ti(OH)4 +Ti(O-C4H9)4 Ti(OH)4 + Ti(OH)4 2TiO2 + 4C4H9OH 2TiO2 + 4H2O
仪器及试剂
试剂钛酸正四丁脂（分析纯），无水乙醇（），无水乙醇钛酸正四丁脂（分析纯），无水乙醇（分析），冰醋酸分析纯），盐酸（分析纯），冰醋酸（），盐酸纯），冰醋酸（分析纯），盐酸（分析纯），蒸馏水。蒸馏水。仪器恒温磁力搅拌器，搅拌子，三口瓶(250 mL)，恒温磁力搅拌器，搅拌子，三口瓶，恒压漏斗(50 mL)，量筒恒压漏斗，量筒(10 mL, 50 mL)，，烧杯(100 mL) 烧杯
实验步骤
纳米二氧化钛的制备
10mL钛酸丁酯+无水乙醇钛
搅拌无色凝胶 40℃水浴加热 ℃
80℃烘干 ℃
无水乙醇＋蒸馏水＋冰醋酸
热处理二氧化钛粉体
实验步骤
催化降解甲基橙水溶液
配制起始浓度分别为20 配制起始浓度分别为 mg/L、30 mg/L、、、 40 mg/L、60 mg/L的甲基橙水溶液的甲基橙水溶液250 、的甲基橙水溶液 mL。。将甲基橙水溶液置于500 mL烧杯中，同烧杯中，将甲基橙水溶液置于烧杯中时加入0. 纳米二氧化钛，时加入 05 g纳米二氧化钛，磁力搅拌，纳米二氧化钛磁力搅拌，光化学灯（紫外灯，光化学灯（紫外灯，290 nm）从上方辐）照。每隔10 取样10 离心分离，每隔 min取样 mL离心分离，取上取样离心分离层清液用分光光度法测定其浓度。层清液用分光光度法测定其浓度。

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２结果与讨论
２．１ＣＴＡＢ含量对涂层透射率的影响为了考察煅烧前后膜中ＣＴＡＢ质量分数的变化，对膜进行了差热分析，并研究了其在空气中的热失重情况，如图１所示。从ＤＳＣ曲线可见，在４７０℃出现一个较大的放热峰，而从ＴＧ曲线可见，ＣＴＡＢ在５００℃ 已完全分解。所以，涂层经过７００℃ 煅烧２００ｓ后，膜中的ＣＴＡＢ应已完全去除。ＴＡＢ质量分数的ＳｉＯ溶胶液所图２为用不同Ｃ２得带涂层的玻璃基片（以下均简称为涂层）的透射光谱。在４００～６５０ｎｍ范围内，ＣＴＡＢ质量分数分别％、１５％、２０％、２５％和３０％时，得到的涂层为０的透射率均高于玻璃基片本身的（９１６％），但当ＣＴＡＢ质量分数为３５％时得到的涂层的透射率则低于玻璃基片的。其中ＣＴＡＢ质量分数为０％的
法具有生产工艺简便，所得涂层的均匀性和光学性能好等优点，被认为是制备高透射率光学增透涂层最
７］８１０］有效的方法之一［。在光学增透涂层领域具有广阔的应用前景［。［１１］凝胶法的催化剂主要有酸性催化剂（如盐酸）和碱性催化剂（如氨水）。通过酸催化溶用于溶胶
第３０卷第７期２０１３年７月
应用化学ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＰＰＬＩＥＤＣＨＥＭＩＳＴＲＹ
Ｖｏｌ．３０Ｉｓｓ．７Ｊｕｌｙ２０１３
表面活性剂辅助酸催化溶胶凝胶法制备高强度超亲水二氧化硅减反增透纳米粒子涂层
－５盐酸，使其以１ ∶ ３８ ∶ １ ∶ ５× １０的摩尔比混合，在６０℃下，搅拌９０ｍｉｎ后，正硅酸乙酯发生部分水解，冷
却至室温。向所得溶胶加入７２ｍＬ盐酸、０４ｍＬ水和４６６ｍＬ无水乙醇，使生成的ＳｉＯ溶胶浓度达到２１０ｍｏｌ／Ｌ，在室温下搅拌１５ｍｉｎ后，再在５０℃下放置老化约３ｈ。加入１０６０ｍＬ乙醇进行稀释，使稀释后溶胶中的ｎ（ＴＥＯＳ） ∶ ｎ（ＥｔＯＨ） ∶ ｎ（ＨＯ） ∶ ｎ（ＨＣｌ）＝１ ∶ ２２ ∶ ５ ∶ ００４。最后，再加入一定质量分数的ＣＴＡＢ，２充分搅拌１ｈ，得到粒径约为４ｎｍ的ＳｉＯ纳米粒子透明分散液，作为涂膜用溶胶溶液。２１．３涂层的制备方法采用浸渍提拉法在玻璃基片上制备涂层。首先将玻璃片用氧等离子体（Ｏ００～２气流量８１０００ｍＬ／ｍｉｎ，１０５Ｗ）处理，再将其以一定速度浸入充分搅拌过的ＳｉＯ溶胶液中，停留一定时间（以下简２称停留时间）后，将其以同样的速度从ＳｉＯ溶胶液中提拉涂膜。将干燥后的涂层基片在７００℃高温快速２加热２００ｓ，取出自然冷却至室温备用。１．４涂层硬度的测定硬度测试采用英国Ｅｌｃｏｍｅｔｅｒ３０８６ＭｏｔｏｒｉｓｅｄＰｅｎｃｉｌＨａｒｄｎｅｓｓＴｅｓｔｅｒ完成。用不同硬度的铅笔测试涂ＳＥＭ，工作电压５ｋＶ）检测涂层是否层硬度，由于涂层在裸视下看不出是否划破，采用扫描电子显微镜（被划破。
图１ＣＴＡＢ的差热曲线和热失重曲线Ｆｉｇ．１ＤＳＣａｎｄＴＧｃｕｒｖｅｓｏｆＣＴＡＢ
７９６
应用化学第３０卷
ＳｉＯ溶胶液的涂层在５００～６００ｎｍ之间的最大透射２率达到９３０％，而由ＣＴＡＢ质量分数为２５％的ＳｉＯ溶胶液所得涂层的最大透射率达到９５９％。因２此，ＣＴＡＢ的加入使酸催化溶胶凝胶法形成的ＳｉＯ２纳米粒子涂层的透射率提高了２９％。由酸催化
１２］法涂覆于玻璃基底表面，所得涂层经过７００℃快速淬火处理２００ｓ后［，得到具有减反增透性和超亲水
性的高强度涂层。
２０１２０８１７收稿，２０１２１２０４修回８６３计划）（２０１１ＡＡ０５０５２５），中国科学院重要方向性项目（ＫＧＣＸＹＷ３７０，ＫＧＣＸ２ＥＷ３０４２），中国科学国家高技术研究发展计划（院光化学转化与功能材料重点实验室开放基金资助项目通讯联系人：贺军辉，研究员；Ｔｅｌ／Ｆａｘ：０１０６４８６０２８５；Ｅｍａｉｌ：ｊｈｈｅ＠ｍａｉｌ．ｉｐｃ．ａｃ．ｃｎ；研究方向：功能性微／纳米空心球的自组装制备及应用
胶凝胶（ｓｏｌｇｅｌ）法制备的二氧化硅（ＳｉＯ）纳米粒子涂层由于具有高的机械强度，引起了广泛关注。由２酸性催化获得的ＳｉＯ溶胶形成的涂层与基片间以Ｓｉ —Ｏ —Ｓｉ化学键结合，附着力较强，可以形成高强度２ＳｉＯ溶胶易于形成线形链式结构，形成的涂层孔隙的功能性纳米结构涂层。然而，在酸性催化条件下，２率较低，折射率较高，其增透效果和亲水性往往达不到实际应用的要求，有待进一步提高。本文尝试通过加入表面活性剂来增加涂层的透过率及亲水性能。采用酸催化溶胶凝胶（ａｃｉｄ）法，在形成的ＳｉＯ溶胶中加入一定量的十六烷基三甲基溴化氨（ＣＴＡＢ），然后运用提拉ｃａｔａｌｙｚｅｄｓｏｌｇｅｌ２
表面活性剂辅助酸催化溶胶凝胶法制备高强度超亲水ＳｉＯ第７期张志晖等：２减反增透纳米粒子涂层
７９５
１实验部分
１．１试剂和仪器正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ，Ａｌｄｒｉｃｈ），纯度为９９９％；十六烷基三甲基溴化氨（ＣＴＡＢ），盐酸，无水乙醇均为ｉｌｌｉｐｏｒｅＭｉｌｌＱＰｌｕｓ１８５（Ａｃａｄｅｍｉｃ）纯化系统通过三步纯化处理获得，电阻分析纯；实验所用超纯水由Ｍ率不低于１８２Ｍ · ｃｍ。 Ω 涂层的透射率用ＴＵ１９０１型紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器责任有限公司）测定；接触角用ＪＣ２０００Ｃ型接触角／界面张力测量仪（上海中晨数字技术设备有限公司）测量；涂层煅烧或者快速淬火在ＫＳＷ５１２Ａ型马福炉（天津中环温度仪表有限公司）中完成；涂层的结构和表面形貌分别用Ｈｉｔａｃｈｉ日本日立公司，工作电压１０ｋＶ，涂层经喷金处理）和ＪＥＯＬＳ４３００型场发射扫描电子显微镜（ＪＥＭ２００ＣＸ型透射电子显微镜（日本电子，工作电压２００ｋＶ）观测。ＣＴＡＢ的差热分析（ＤＳＣ）和热重分析（ＴＧ）用Ｑ６００ＳＤＴ／ＴＡ同步热分析仪（美国ＴＡ仪器公司）测定。１．２酸催化溶胶凝胶法制备ＳｉＯ溶胶２参考文献［１３］方法，在二颈瓶中加入２２３ｍＬ正硅酸乙酯、２２２ｍＬ无水乙醇、１８ｍＬ水和０５μ Ｌ
增透涂层具有密度低、介电常数小、折射率可调和热稳定性高等特性，在光学和光电子材料、滤光器、传感器、汽车玻璃、太阳能电池及微电子集成电路等领域具有广泛的应用。在光学器件表面镀一层
１］折射率较低的涂层形成最简单的单层增透涂层［。增透涂层主要是利用涂层界面的干涉消除或减少光２］。到目前为止，已就增透涂层的增透作用学器件表面的反射光和杂散光，从而增大光学器件的透射率［３４］５６］和机械强度，进行了较多的理论［和应用［研究。关于增透涂层的制备方法，由于溶胶凝胶（ｓｏｌｇｅｌ）
１４１５］ＴＥＯＳ生成ＳｉＯ溶胶凝胶机理［可知，酸催化的２
ＳｉＯ溶胶为线形，而线形ＳｉＯ易于分布于ＳｉＯ粒子２２２之间，使涂层的透射率降低。由于从ＣＴＡＢ质量分数为２５％溶胶液所得涂ＴＡＢ含量的涂层的透射率，层的透射率高于其它Ｃ所以对该涂层的结构、亲水性能和硬度进行了测定。图３Ａ和图３Ｂ为不含ＣＴＡＢ溶胶液中ＳｉＯ纳米２粒子的透射电子显微镜照片。由图可见，其中既有尺寸从４ｎｍ到８ｎｍ的粒径大小不一的分散ＳｉＯ纳２米粒子（图３Ａ），也有尺寸达９５ｎｍ的ＳｉＯ大颗粒。２图３Ｃ为ＣＴＡＢ含量为２５％溶胶液的ＳｉＯ２纳米粒子的透射电子显微镜照片，图３Ｄ为图３Ｃ的局部放大像。由图３Ｄ可见，生成的ＳｉＯ纳米粒子具有良好２的分散性，这可能是由于ＳｉＯ纳米粒子被ＣＴＡＢ均匀包覆造成的。在全图范围内随机任选５０个ＳｉＯ纳２２米粒子，统计其粒径分布，发现多数粒子的粒径集中于３～４ｎｍ范围内。因此，ＣＴＡＢ与ＴＥＯＳ部分水解形成的物种（Ｓｐｅｃｉｅｓ）之间的相互作用使生成的ＳｉＯ纳米粒子尺寸小且尺寸分布均匀，最终导致涂层的２高透射率。
，ｂ张志晖Biblioteka Baiduａ贺军辉ａ杨巧文ｂ
ａ（中国科学院理化技术研究所，功能纳米材料实验室北京１００１９０；ｂ
中国矿业大学（北京），化学与环境工程学院北京１０００８３）
摘要以正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ）、十六烷基三甲基溴化氨（ＣＴＡＢ）、盐酸（ＨＣｌ）、乙醇和水为原料，通过溶胶凝胶法提拉涂膜，再经７００℃快速淬火２００ｓ，制备了二氧化硅（ＳｉＯ）纳米粒子涂层。研究了ＣＴＡＢ浓度、提拉速２ＴＡＢ质量分数为２５％，提拉速度为度、停留时间和提拉涂膜次数对透射率的影响，结果表明，当Ｃ１００ｍｍ／ｍｉｎ，停留时间为６０ｓ，提拉涂膜１次得到的ＳｉＯ纳米粒子涂层透射率最高，可达９５９％。该涂层具备２超亲水性并能耐受６Ｈ铅笔刮痕测试。实验还表明，在ＳｉＯ溶胶液中加入ＣＴＡＢ，通过其与ＴＥＯＳ部分水解生２ｉＯ溶胶的微观结构，从而提高了涂层的透射率和亲成的物种的相互作用，可以改善酸性催化条件下形成的Ｓ２水性。关键词酸催化，溶胶凝胶法，减反增透，超亲水，耐磨性中图分类号：Ｏ６３５文献标识码：Ａ文章编号：１００００５１８（２０１３）０７０７９４０７ＤＯＩ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０９５．２０１３．２０３５４