单分散二氧化硅微球的制备及反应机理

基础来制备 ＳＯ 微球 ， ｉ 系统地考察 了在氨水催化下 ，
不 同的醇溶剂及反应条件对 ＳＯ 粒径和分散性 的影 ｉ 响， 并对其机制进行了探讨。
收稿 日 ：０ ９ １ — １ 期 ２０－２０
盐的水解速率较 慢， 因此一般都需要 加入催化剂 ， 用
通讯联系人 ： 张俊计 ，— ａ： ａｇ ＠ｄｕ ｄ ． Ｅ ｍ ｉｚ ｎｉ ｊ ． ｕ ｎ ｌｈ ｊ ｔｅ ｃ
第 ３ 卷第 ｌ ｌ 期 ２ １ 年 ３月 ００
《 陶瓷学报》
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ａ Ｉ ＣＥ］ Ｍ ＣＳ
Ｖ０． ． Ｉ ３１ Ｎｏ．１ Ｍ ａ． ｒ ２０１ ０
文 章 编 号 ：０ ０ ２ ７ （０ ０ ０ — ０ ５ ０ ］ ０ －２ ８２ １ ） １ ０ ７－ ４
散二氧化硅球形颗粒的合成是制备高质 量二氧化硅
光子 晶体的 前提［ ２ １ 。
ｓ ２ ｊ 微球的制备方法很多 ， Ｏ 如微乳液法酬 、 化学
气相 沉积法 ［ Ｓｏｅ 法 同 。微乳 液 法在 制 备过 程 中 ５ ｔ ｒ 等 １ ｂ 、
需要使用大量的有机物 ， 其回收较难 ， 成本高且会对 环境造成污染 ；而化学气相沉积法则需要特定的设
７ ６
《 陶瓷学报） ｏ ０年第 １ ） ｌ ２ 期
氨水作催化剂可制备得到 Ｓ ２ ｉ 微球 。在氨水作催化 Ｏ
随溶剂的不同发生显著变化 ：随着醇碳链的增长 ， 微
剂时 ， 正硅酸乙酯的水解缩聚反应分两步 ， 具体 的化 球的粒径明显变大且粒径分布越来越宽。 学反应式 如下 【 ７ 】 ： 表 １列 出 了以上 ４种 一元 醇 的部 分物 性参 数 以
ＯＨ
Ｉ
ＯＨ
Ｊ
ＯＨ
Ｊ
ＨＯ－Ｓ －ＯＨ＋ ｉ ＨＯ—Ｓ —Ｏ｝ ｉ ｐ — Ｈ０ Ｓ — Ｓ — ｉ Ｏ— ｉ ＯＨ＋Ｈ２ ０ Ｉ Ｊ Ｊ Ｊ ＯＨ ＯＨ ＯＨ ＯＨ
ＯＨ
Ｉ ＨＯ－Ｓ 。ｏＨ －ｉ
ｌ
ＯＣ２ Ｈｓ
ｌ Ｏ－ － ｓ
Ｉ
ＯＨ ＯＣｇ１ － ｓ
２２ 实 验过 程 ＿
领域的一项革命性突破 ， 其广阔的应用前景使光子晶
体成为当今世界范围的一个研究热点 ， 而优良的单分
将适量的醇 、 水和氨水依次加入烧杯中， 室温下 用磁力搅拌器搅拌均匀 ，再将一定量的正硅酸乙酯 （Ｅ Ｓ缓 慢滴加到 混合 均匀的上述溶 液中 ， ＴＯ） 滴加完
毕用聚 乙烯 薄膜 密 封 烧杯 口 ，约 ｌ ～５ｍｉ ｎ出现 白色 沉淀 ， 续 搅拌 ５ｈ使 反 应 完 全 ， 继 ， 再经 一系 列 的后处
定的后处理制备 ＳＯ 微球 ， ｉ 其工艺简单 ， 成本低 ， 而
３ 实验 结 果 与 讨 论
３１ ＳＯ 微球的形成机理 ． ｉ 利用醇盐水解制 备球形氧化物或氢氧化物颗粒 是一种常用的方法。在仅有水和醇溶剂存在下， 硅醇
且可以得到单分散性较好的产品。 本文 以 Ｓ ｂｒ ｔ ｅ法为 ￣
ｌ Ｉ
ｉＣＩ Ｈ－ ｓＯ ｓ， Ｈ —ｄ Ｏ － ０ ．Ｃ ＋Ｈ ￣ ． ” Ｓ ＿ ￣ Ｃｓ ｚ Ｏ
用醇作溶 剂使硅 醇盐 在氨 水催 化 下水解 缩聚 ， 再经 一
理（ 离心、 洗涤 、 干燥） 得到 ｓｏ 微球 。 ｉ２
ｓ０ 微 球 的 形 貌 和 粒 度 用 透 射 电 镜 （ Ｅ ， ｉ２ ＴＭ
备， 能耗较高。以溶胶 一 凝胶法为基础的 Ｓ ｂｒ ｔ ｅ 法采 Ｈ ８ ０进行表征。 ￣ －０ ）
（ＨＣ ２Ｈ２ ） 正 丁 醇 （ ３ＨＣ ２ＨＯ ） 以 上 Ｃ ｓＨＣ ＯＨ ， ＣＨＣ ２ＨＣ ２Ｈ ，
和高性能陶瓷等方面都有非常广泛的应用， 近几年更 引起人们研究兴趣的是用单分散 ＳＯ 球形颗粒为原 ｉ
料 自组装制备光子晶体 光子晶体的发现是电磁波
化学试剂均为市售分析纯 ， 去离子水为实验室 自制。
Ｓ （ Ｃ Ｈ ）＋４Ｈ ｏ ＝Ｓ （ ） ＋４Ｃ Ｈｓ ｉ ａｓ Ｏ ４ ２ ｉ ＯＨ ４ 溶 剂 得 到 的 ＳＯ 微 球 的 平 均 粒 径 和最 ｉ 小 、 大粒径 的数 据 。 以看 到随 着醇碳链 的增长 ， 最 可 醇 分子 量增大 ， 粘度也 相应 增大 。而粘 度的增 大使得反 应 物 分子 扩散 速 率小 ， 核 速 率降 低 ， 成 形成 的初 始核 较 少 ， 系 中剩余较 多 的反应 物会逐 渐沉 积到核表面 体 生长 ， 导致粒 径增 大 。 同时 ， 系粘 度的增 大也使反应 体
中图 分 类 号 ： Ｑ１ ４７ 文 献标 识 码 ： Ｔ ７ ．５ Ａ
２ 实验 部 分
１ 前 言
２１ 实 验材 料 ．
单分散 ｓ０ 球形颗粒在涂料 、 ｉ２ 催化剂 、 色谱填料
正硅 酸 乙酯 （ Ｅ Ｓ ， 水 （ Ｉ ・ ， ５ ） Ｔ Ｏ ）氨 Ｎ Ｉ Ｈ２ ２ ％ ， ０ 甲 醇 （Ｈ Ｏ ） Ｃ 。Ｈ，无 水 乙醇 （ＨＣ ２Ｈ，正 丙 醇 Ｃ ￣ＨＯ ）
单 分 散二 氧 化硅 微球 的 制备及 反 应 机 理
聂鲁美 张俊计 陈积世 吴秀娟 赵景训
（ 大连 交通 大学材料 科 学与 工程 学院 ， 大连 ：１０８ １６２ ）
摘 要
以 ＳＳｅ 法为基础 ， 用醇作溶剂 ， ｔｂｒ 采 通过 正硅酸乙酯在氨水催化下水解缩聚和一定的后处理得到了 ＳＯ 微球 ， ｉ 用透射电子显 微镜（Ｅ 对样品的形貌和粒度进行了表征 。 Ｔ Ｍ） 结果表明 ， 以甲醇 、 乙醇和正丁醇为溶剂均可以合成单分散的 ＳＯ 微球 ， ｉ 而以正丙醇 为溶剂合成的 ＳＯ 微球容易聚集 ； ｉ。 在其它条件不变的情况下 ， 球形颗粒 的粒径 随硅 源浓 度和氨水浓度 的增加而增大 ， 随水浓 度的 增大粒径变化很小。研 究和 讨论 了 ＳＯ 颗粒 在不 同反应条件下的形成机理 。 ｉ 关键词 ＳＳｅ 法 ，ｉ ｔｂｒ ＳＯ 微球 ， 散 ， 单分 形成机理