超疏水纳米二氧化硅涂层上课讲义
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纳米疏水二氧化硅
纳米疏水二氧化硅
在制备纳米疏水二氧化硅的过程中，我们采用了一种简单的方法。
以下是详细的步骤：
材料准备：
1. 氯化钠（NaCl）
2. 溴化铵（NH4Br）
4. 硅酸钠（Na2SiO3）
步骤：
1. 将适量的氯化钠和溴化铵溶解于去离子水中，制备NaCl和NH4Br溶液。
2. 将NaCl溶液滴加到Na2SiO3溶液中，同时加入一定量的氢氧化钠。
3. 进行搅拌，并保持适当的温度，使混合物反应进行。
4. 反应一段时间后，停止搅拌，让产生的沉淀沉淀下来。
5. 将上清液倒掉，并用去离子水洗涤沉淀几次，以去除杂质。
6. 将洗涤后的沉淀经过干燥处理，得到纳米疏水二氧化硅。
通过以上步骤制备的纳米疏水二氧化硅具有疏水性，表面能力减小，水接触角增加，使其在水性液体中呈现很好的疏水性。
该纳米疏水二氧化硅可以应用于各种领域，如水净化、防污涂层等。
纳米二氧化硅PPT资料(正式版)
速率，并且效果比硅灰更显著。 纳效米地二 靶氧向化细硅胞较、为提合高适细的胞热对解药工物艺的为摄热取解，温还度可以57活5℃体，成保像留，时从间而2实h现，诊并断经、高治能疗球一磨体机化球。磨，时间为10min。
开通发过研 两制种生互物不降相解溶的介溶孔剂二在氧表化面硅活药性物剂输的送作体用系下是形今成后乳发液展，的在一微个泡重中要经方成向核。、聚结、团聚、热处理后得到纳米粒子。 溶通胶过在 两溶种液互中不形相成溶稳的定溶的剂透在明表体面系活，性经剂陈的化作胶用粒下间形缓成慢乳聚液合，，在形微成泡三中维经空成间核网、络聚结构、的团凝聚胶、，热当处网 理络后间得充到满纳了米失粒去子流。动性的溶剂，便
将磁性纳米颗粒（Fe3O4 ）与介孔 SiO2 纳米 粒子复合可以 作为核磁 共振成 像 (MRI) 的造 影剂。
实验：静脉注射荷兰小鼠
靶向修饰的多功能介孔二氧化硅纳米输送体系
而纳米药物输送体系本身具有独特的尺寸效应， 还可以对其功能化修饰，从而实现对病灶部位的 靶向聚集。
以PEG为模板，修饰叶酸，MSN-FOL。 羧基修饰，构建了叶酸调控的靶向药物输送体系，
纳米SiO2 制备方法
物理法一般是指机械粉碎法，利用超级气流粉 碎机或高能球磨机等将Si02的聚集体粉碎，产 品粒度一般能达到1～5µm 。
化学法可制得纯净且粒径分布均匀的超细Si02 颗粒，其主要包括沉淀法、溶胶凝胶法、微乳 液法 。
沉淀法
是将不同化学成分的物质首先在溶液状态下进行混合，在 混合溶液中加入适当的用来沉淀制备纳米颗粒的前驱体沉 淀剂，再将此沉淀物进行干燥或煅烧，从而得到相应的纳 米颗粒。
介灰孔混S凝iO土2和纳矿米渣颗混粒凝可土用的作休药眠物期载，体使第二峰，第三峰都提前达到，加速了放热速率，并且效果比硅灰更显著。
开通发过研 两制种生互物不降相解溶的介溶孔剂二在氧表化面硅活药性物剂输的送作体用系下是形今成后乳发液展，的在一微个泡重中要经方成向核。、聚结、团聚、热处理后得到纳米粒子。 溶通胶过在 两溶种液互中不形相成溶稳的定溶的剂透在明表体面系活，性经剂陈的化作胶用粒下间形缓成慢乳聚液合，，在形微成泡三中维经空成间核网、络聚结构、的团凝聚胶、，热当处网 理络后间得充到满纳了米失粒去子流。动性的溶剂，便
将磁性纳米颗粒（Fe3O4 ）与介孔 SiO2 纳米 粒子复合可以 作为核磁 共振成 像 (MRI) 的造 影剂。
实验：静脉注射荷兰小鼠
靶向修饰的多功能介孔二氧化硅纳米输送体系
而纳米药物输送体系本身具有独特的尺寸效应， 还可以对其功能化修饰，从而实现对病灶部位的 靶向聚集。
以PEG为模板，修饰叶酸，MSN-FOL。 羧基修饰，构建了叶酸调控的靶向药物输送体系，
纳米SiO2 制备方法
物理法一般是指机械粉碎法，利用超级气流粉 碎机或高能球磨机等将Si02的聚集体粉碎，产 品粒度一般能达到1～5µm 。
化学法可制得纯净且粒径分布均匀的超细Si02 颗粒，其主要包括沉淀法、溶胶凝胶法、微乳 液法 。
沉淀法
是将不同化学成分的物质首先在溶液状态下进行混合，在 混合溶液中加入适当的用来沉淀制备纳米颗粒的前驱体沉 淀剂，再将此沉淀物进行干燥或煅烧，从而得到相应的纳 米颗粒。
介灰孔混S凝iO土2和纳矿米渣颗混粒凝可土用的作休药眠物期载，体使第二峰，第三峰都提前达到，加速了放热速率，并且效果比硅灰更显著。
超疏水材料研究进展PPT
Sun 等课题组成员为了获取具有荷叶结 构的超疏水表面， 在聚二甲基硅氧烷表面 进行模板法得到了具有荷叶结构的凹模板， 再使用该凹模板得到具有与荷叶表面结构 类似的凸模板， 在扫描电镜下看到了具有 粗糙结构的表面，展现了良好的超疏水性 能。
Manhui Sun,et al.Artificial Lotus Leaf by NanocastingLangmuir, Vol. 21, No. 19, 2005 8979.
J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 9049–9056
三、光催化超疏水材料研究进展
一、研究背景
Wenzel 模型
cosɵW =rcosɵe
式中，θW为表观接触角，(°)；θY为理想表面 的本征接触角，(°)；λ 表示粗糙度因子，是 真实固液界面接触面积与表观固液界面接触面 积的比值，λ≥1
ห้องสมุดไป่ตู้
Cassie模型
cosɵc =f1cosɵ1 + f2cosɵ2
将表面组成分量加入方程中式中，f1和 f2分别 为复合表面中固相与气相的表面积分数，%； θ1和θ2分别为它们的接触角
一、研究背景
Young方程——理想、平滑的固体表面
cosɵ =(γ -γ )/ γ
sg ls lg 式中，γsg、γsl、γlg分别表示固气、固液以及液气之间的界 面张力，N/m
Θ < 90°，表现出亲水的性质， Θ > 90°，表现出疏水的性质
Young Equation
Young方程解释了接触角 和表面能的关系
通过双层涂层制备长期耐用的超疏水和（同时）抗
反射表面，该双层涂层包含部分嵌入通过溶胶生产的有 机二氧化硅粘合剂基质中的三甲基硅氧烷（TMS）表面 功能化的二氧化硅纳米颗粒-凝胶过程。首先将致密且均 匀的有机硅胶层涂覆到玻璃基板上，然后在其上沉积三 甲基硅烷化的纳米球基超疏水层。在热固化之后，两层 变成整体膜，并且疏水性纳米颗粒被永久地固定到玻璃 基板上。经过这种处理的表面在户外暴露2000小时期间 显示出极好的防水性（接触角CA= 168°）和稳定的自 清洁效果。
纳米多层涂层演讲PPT
3.1、纳米晶涂层的结构特征
目前纳米晶涂层基本都采用溅射离子镀方 法制备。铸态镍基高温合金主要由γ （Ni固溶 体)、 γ/[Ni3 （Al,Ti)]和碳化物相组成,晶粒尺寸 在毫米数量级。用溅射法制备的纳米晶涂层的 成分与铸态合金基本相同,但显微组织却有很 大的差别:(1)溅射层的晶粒直径20~100nm,属于 纳米晶范畴;(2)溅射纳米晶层中只有γ相,为匀相 组织,是一种含铝过饱和的固溶体;(3)溅射法沉 积的组织为垂直于表面的柱状结构,为氧化时 铝的快速扩散提供了通道。
2.3、第二代涂层—多元铝化物涂层
• Pt-Al涂层有向内生长的两相涂层PtAl2+（Ni，Pt）Al和 向外生长的单相涂层（Ni，Pt）Al两种。两相涂层目前在 西方航空工业上大量使用，作为高于涡轮叶片和导向叶片 的标准扩散涂层，它的高温抗氧化能力比其他铝化物涂层 提高2~5倍，主要原因是PtAl2相伸入到氧化膜中增加Al2O3 膜的附着力。近年来发现两相涂层也有一些缺点：两相涂 层都是亚稳的；对热抗机械疲劳裂纹敏感；在循环氧化时 涂层起皱；硬而脆易剥落。用向外生长的单相涂层（CVD 法）可以克服这些缺点。 • 钴基高温合金常采用Co-Al涂层。涂层原始结构一般分 为两层，外层为固溶了大量Ni的β-CoAl相，是涂层的主体， 约20um；内层是扩散层，为富Cr、W等的M23C6相连续薄 层。
1.3、应用： 在航空发动机中，高温合金主要用于四大热端部件：导向 器、涡轮叶片、涡轮盘和燃烧室；除航空发动机外，高温合金 还是火箭发动机及燃气轮不见的不可替代的材料。
二、高温合金的防护
高温合金零件不仅承受的温度高，氧化、腐蚀 气氛严峻和表面抗氧化元素不断贫乏的考验，而且 还要经受冷热疲劳、冲刷、磨蚀等多种因素作用。 因此，只靠正常高温合金中抗氧化元素通过选择性 氧化形成的防护性氧化膜，不足以抵抗工作环境的 高温氧化和高温热腐蚀。工业生产的高温合金几乎 都不能满足长期使用对抗氧化和抗热腐蚀的实际要 求。 目前，先进航空发动机和燃气轮机的涡轮叶片 和导向叶片几乎都采用防护涂层。而且随着发动机 性能的提高，进口温度愈来愈高，对防护涂层的防 护性能要求越来越高。不仅要求涂层具有优异的抗 高温腐蚀性能，而且还希望具有隔热效果。
超疏水纳米二氧化硅涂层PPT课件
疏水纳米二氧化硅
.
低表面能材料制备 和 粗糙表面建立
以羟基硅油（H-PDMS）与正硅酸乙酯（TEOS）固化后得到的 聚硅氧烷 为低表面能材料， 利用疏水纳米SiO2粒子构造粗糙度，采用喷涂工艺，在玻璃表面制备聚硅氧烷/二氧化硅杂化超疏 水涂层。（二月桂酸二丁基锡:DBTDL）
.
表面微观结构
不同 SiO2 与 TEOS-PDMS 质量比下杂化涂层的 SEM 照片和接触角。 （a）0；（b）0.1；（c）0.2；（d）0.3；（e）0.3；（f）0.6
1
特种涂层应用
2
工业添加剂应用
3
防火材料应用
4
胶结剂应用
5
建Байду номын сангаас防腐蚀应用
.
1
超疏水（疏水）涂层应用
.
荷叶自洁效应
荷叶叶面上存在着非常复杂的多重 纳米和微米级的超微结构。在超高 分辨率显微镜下可以清晰地看到些 结构上长满绒毛。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。空气层使得在尺寸上远大 于这种超微结构的灰尘、雨水等降 落在叶面上后，只能与叶面上凸起 结构的凸顶形成点接触。同时液体 在自身的表面张力作用下收缩形成 球状。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
纳米二氧化硅
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。用途非常广泛。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。
.
目录
CONTENTS
这就是荷叶自洁效应。
疏水纳米二氧化硅石材防护涂料制备及表征
Ｔ Ｇ—Ｄ Ａ 等 分 析 方 法 表 征 疏 水 纳 米 二 氧 化 硅 ， 定 表 明该 粒 子 直 径 大 小 集 中在 ３ ５ ｍ， Ｐ ＭＳ的 添 加 提 高 了疏 水 Ｔ 测 ０～ ０ｎ Ｇ Ｔ 纳 米 复 合 物 的 稳 定 性 。水 被 疏 水 二 氧 化 硅 涂 料 处 理 后 ， 接 触 角 从 处 理 前 的 ２ 。 升 到 ９ 。 水 ０上 ３ 。耐 酸 性 评 价 显 示 疏 水 纳
ｐ ｅ ａ ｓ ｒ ｏ ｅｒ ｅｈ０ ｙ ｒｈ ｓ ｉ ａｅ ｗｉｈ ａ ｄ ｗｉ ｕ ｒ ｓ ｌ ｉ ｇ ｎｔ ３ 一 ｇｙ ｉ ｏ ｙ ｒ ｐ ｈ ｉ ｔ ｘ ｓ— ｒ ｃ ｕ ｏ ｆｔｔａ ｔ ｘ ０ ｔ ｏ 订 ｃ ｔ ｔ ｎ ｔ ｔａ ｃ ｏ ｓｉ ｎｇ ａ ｅ ， ｈｏ ｎｋ ｌ ｃｄ ｘ ｐ ｏ ｙ ｒｍｅｈｏ ｙ ｉ
Ａｂｓｒ ｔ： ｄ ｏ ｈ ｂ ｃ ｓｌ ａ ａ ｏ ａ ｔｃｅ ａ ｅ ｅ ｎ ｐ ｅ ａ ｅ ｂ ｉ ｇ ｅ ａ ｅ ｙｔｉ ｔｉ ｎ ｎ ｐ ｒｉｌ ｓ ｈ ｖ ｂ ｅ ｒ ｐ ｒ ｄ ｙ ｕｓｎ ｈ ｘ ｄ ｃ ｌｒｍｅｈ ｘ ｓｌ ｅ ａ ｃ ａ
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Ｐｒ ｐ ｒ ｔｏ ｎ ｅ ａ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ｃｈａ ａ ｔ ｒ ｚ ｔｏ ｆ Ｈ ｙ ｒ ｐｈ ｂ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｄ ｏ ｏ ｉ
Ｎａ ｏ ｉｉａ Ｐｒ ｔ ｃ ｉ ｅ Ｃｏ ｔｎ ｏ ｉｔ ｒ ｃ Ｓ ｏ ｅ ｎ ｓｌ ｏ ｅ ｔｖ ａ ｉ ｇ ｆ ｒ Ｈ ｓ ｏ ｉ ｔ ｎ ｃ
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从自然到仿生的疏水超疏水界面材料PPT课件
300 41.04 12.7 46.2 1.13
900 43.65 14.6 41.7 0.96
Calculated values*
0.31
0.31
出射角反映深度信 0.34 2.含息氟，链越段小的越趋近表面
表性
0.39
300 43.48 14.2 42.3 0.97 0.33
MArF17％
16.3
第12页/共65页
2.1 ATRP法制备含氟嵌段共聚物
• 溶剂：环己酮 • 引发剂：α-溴代异丁酸乙酯 • 催化剂/配位剂：CuBr/五甲基
二乙基三胺 • 氟单体：丙烯酸全氟烷基乙基
酯
CH2=CHCOOCH2CH2(CF2)CF3
• 共聚单体：BMA/MA第1/3M页/共M65A页等
2.2 含氟嵌段共聚物固体表面性能的研 究
40
60
80
100
120
A n n e a lin g tim e (m in )
Annealing temperature is 120℃, the sample is BMA96FAEA10.2
110 100
90 80 70
40
热处理T的影响
60
80
100
120
140
Annealing temperature( 0C )
Annealing time is 30 min, the sample is BMA96FAEA10.2
第15页/共65页
BMA嵌段长度对接触角的影响
FAEA链段长度 固定为
BMAxFAEA2.0
水在共聚物表面的接 触角
石蜡油在共聚物 表面的接触角
第16页/共65页
具有超疏水表面的硅二氧化硅层次结构薄膜最终
实验部分
1.试剂：一氧化硅粉末(325mesh，99 ％)，锡粉(99％)；氩-氢混合气体(体积 比为95／5)；P型<100>晶向的单晶硅 片(电阻率为0．015)；蒸馏水。 2.仪器M) ；X 射线能谱仪(EDX)；接 触角测试仪；X射线衍射光谱仪(XRD)。
图3为硅基薄膜结构表面的XRD谱图，从XRD谱图可以得 到构成薄膜的表面中含有立方晶系的单晶Si结构, 谱图中 显示的金属锡的峰是来自于薄膜合成过程中作为催化剂和 液态基底的金属锡, 谱图中在低角度位置比较弱的衍射宽 峰是来自非晶的 SiO2结构。
以上表征和分析结果表明, 所制备的超疏水薄膜表面是由 竖直生长的线状结构构成. 每一根线状结构都是以单晶Si 纳米线为核, 以有序站立在Si纳米线核上的辐射状非晶 SiO2纳米线结构为壳Si/SiO2核壳层次结构. 这种Si/SiO2层 次结构单元的平均长度为100um, 位于核的硅纳米线平均 直径约为160 nm, 位于壳层的辐射状 SiO2纳米结构的平均 直径为15 nm, 长度从几十纳米到几微米不等. 这些竖直的 线状结构站立在厚度约为40μ m的薄层状支撑体上, 支撑 体薄层是薄膜生长过程中在液态锡衬底表面上形成的, 薄 层是由Sn、Si以及Si02三种成分组成的混合物。
上图表明热处理后构成薄膜的层次结构单 元在形貌上发生了极大的变化. 热处理后, 线状的Si/SiO2层次结构中位于壳层的SiO2纳 米线直径由平均15 nm增大到40 nm, 并且由 较致密的结构变得稀疏甚至凌乱无规则. 经 过热处理, 薄膜结构表面与水的接触角由原 来的153°变为94°, 甚至更小, 达到亲水的 程度.
具有超疏水表面的硅/二氧化硅层次 结构薄膜
超疏水纳米二氧化硅涂层
滚动并沿途吸附灰尘直至滚出叶面
这就是荷叶自洁效应。
人工仿造荷叶效应
几何粗糙表面
＆பைடு நூலகம்
低表面能材料
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。 呈亲水性
用巯基硅烷，乙烯基 硅烷和氨基硅烷偶联 剂对二氧化硅进行了 表面处理。分析测试 表明，用前两者处理 后粒子的疏水性增加。 纳米二氧化硅表面羟 基数目大量减少。
纳米二氧化硅
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。用途非常广泛。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。
目录
1
2
3
特种涂层应用
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
表面微观结构
纳米涂层原子力显微镜照片
完成后的涂层
基材
布料
纸巾
木材
关于涂层疏水性的拓展：双疏涂层
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 甚至可以抵抗一些有机溶剂
实践案例
工业添加剂应用
防火材料应用
4
5
胶结剂应用
建材防腐蚀应用
1
超疏水（疏水）涂层应用
荷叶自洁效应
荷叶叶面上存在着非常复杂的多重 纳米和微米级的超微结构。在超高 分辨率显微镜下可以清晰地看到些 结构上长满绒毛。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。空气层使得在尺寸上远大 于这种超微结构的灰尘、雨水等降 落在叶面上后，只能与叶面上凸起 结构的凸顶形成点接触。同时液体 在自身的表面张力作用下收缩形成 球状。在重力作用下，液球会发生
纳米SiO2的表面结构及其疏水性化学修饰
纳米SiO2的表面结构及其疏水性化学修饰纳米SiO2作为一种被广泛应用的重要无机纳米填料，由于其吸水性较强、易于团聚，在基体树脂及有机相中相容性及分散性较差，影响了其应用性能及范围。
在简述其表面结构特点的基础上，介绍了疏水性化学修饰。
标签：纳米SiO2；疏水性；化学修饰纳米SiO2作为一种化学稳定和耐热的具有一般宏观粒子所不具备的特殊小尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面界面效应及光电性能的无机纳米填料，已在复合材料、功能材料、橡胶、塑料、涂料和粘合剂等诸多领域被广泛应用。
目前工业上主要采用干法的气相法[1]及湿法的水解沉淀法[2]，而湿法中还有溶胶—凝胶法及微乳液法[3，4]。
作为超细粉体，由于其表面极性较强，表面能较高，处于热力学非稳定状态，极易发生微粒团聚，难于分散，粒子表面所带有的大量硅羟基，总显示出极大的亲水疏油性，影响了其在基体树脂及有机相中的相容性及分散性，不但造成界面缺陷，材料性能下降，更不能显示纳米材料的固有特性，限制了其应用范围。
为此，必须对纳米SiO2表面进行疏水性改性。
目前主要有物理及化学2种改性途径，前者系经由疏水物包覆、涂覆及吸附等物理作用予以表面改性，而后者则主要通过酯化、偶联及接枝等反应进行化学修饰。
本研究拟在简要介绍纳米SiO2表面结构及特性基础上，就其疏水性化学修饰作一简要介绍。
1 纳米SiO2的表面结构纳米SiO2的晶体结构基本上是以硅原子为中心，氧原子为顶点所形成的不太规则的四面体结构，以SiO2为结构单元，4个顶点的氧原子与另一个四面体结构的顶点硅原子经共价键键连，形成一维、二维及三维的线状、链状及球状空间骨架点阵结构，且随不同的化学环境而变化。
由于单个纳米SiO2粒子具有极强的表面作用，相互间极易接触发生团聚而形成其二次结构，由十几纳米的粒子聚集及键连而成有数百纳米大小及一定强度的硬团聚体，其常借范德华力作用进一步聚集而成纳米级的软团聚体，前者不易破坏分散，而后者结构较疏松，可在强剪切力作用下被分散。
超疏水纳米涂层的处理工艺
超疏水纳米涂层是一种具有极端疏水性（水滴接触角大于150度）的表面处理技术，常用于制造自清洁表面、防水防污材料、生物医学器械等。
以下是一种典型的超疏水纳米涂层处理工艺：1. 表面预处理- 清洗：确保基材表面无油污、灰尘和其他杂质。
- 粗糙化：通过机械、化学或激光处理等方式增加基材表面的粗糙度，以提高涂层与基材的结合力。
2. 制备纳米分散液- 选择原料：选择合适的疏水性物质（如有机硅氧烷、氟碳化合物）和纳米填料（如二氧化硅、氧化锌等）。
- 分散：将疏水性物质和纳米填料在适当的溶剂中分散，制备成均匀的纳米分散液。
3. 涂层制备- 涂布：将纳米分散液通过涂布、喷涂、滴涂等方法均匀涂布在预处理后的基材表面。
- 干燥：在适当的温度和湿度下干燥涂层，使其在基材上形成均匀的纳米结构。
4. 固化处理- 热处理：通过加热固化涂层，提高其弹性和耐久性。
- 辐射固化：使用紫外线或电子束等辐射方式固化涂层，加快固化速度。
5. 表面修饰- 表面活性剂处理：在涂层表面引入表面活性剂，以改善涂层的润湿性和稳定性。
- 其他功能性修饰：根据需要，可以进一步引入其他功能性物质，如光催化材料、导电材料等。
6. 性能测试与评估- 接触角测量：使用接触角测量仪测试涂层的超疏水性。
- 耐久性测试：评估涂层在不同的环境条件（如温度、湿度、化学品接触）下的稳定性和耐久性。
7. 后处理- 清洗：去除表面的残留物，确保涂层的清洁和光滑。
- 包装：根据最终应用需求，进行适当的包装，以保护涂层免受污染和损坏。
在整个处理工艺中，需要严格控制工艺参数，如涂布速度、干燥温度、固化时间等，以确保涂层的质量和性能。
纳米二氧化硅课件
纳米二氧化硅
4 纳米二氧化硅的电学性质
• 纳米SiO2具有绝缘性好、光透过率高、抗侵蚀能力强以及良好的 介电性质。利用纳米SiO2的多孔性质可应用于过滤薄膜、薄膜反 应和相关的吸收剂以及分离技术、分子工程和生物工程等，从而 在光催化、微电子和透明绝热等领域具有很好的发展前景。在微 电子工艺中，纳米SiO2薄膜因其优越的电绝缘性和工艺的可行性 而被广泛采用。
纳米二氧化硅
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纳米二氧化硅
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纳米二氧化硅
23
纳米二氧化硅
2 纳米材料二氧化硅的改性
• 醇、酸改性法 • 表面活性剂改性法 • 硅烷偶联剂改性法
纳米二氧化硅
2.1 醇、酸改性法
• 实验表明，醇、酸类化合物可与纳米SiO2表面的大量-OH发生化 学反应，这样就可以在纳米粒子表面接枝有机基团，使改性后的 粒子疏水性能提高，从而提高了纳米粒子与有机物的相容性。
纳米二氧化硅
1 纳米二氧化硅的制备方法
1. 气相法
2. 溶胶—凝胶法 3. 反相胶束微乳液法
4. 沉淀法
5. 硅单质法
纳米二氧化硅
1.1 气相法
• 该法是采用四氯化硅在氢氧焰中水解制得。水解产 生的二氧化硅分子凝集成颗粒。这些颗粒互相碰撞， 熔结成一体，形成三维和有分支的键状聚集体一旦 这些聚集体温度低于二氧化硅熔点，则进一步碰撞， 引起键的机械缠绕，生成附聚物。由于气相法物质 浓度小，生成的粒子凝聚少。这样生成的纳米SiO2 又称无水纳米SiO2，它是球形粒子，纯度高，表面 羟基少，SiO2的质量分数在0.998以上，直径在8～ 19nm，比表面积在130～480m2/g，dbp吸收值 1.50～2.00cm3/g。
4 纳米二氧化硅的电学性质
• 纳米SiO2具有绝缘性好、光透过率高、抗侵蚀能力强以及良好的 介电性质。利用纳米SiO2的多孔性质可应用于过滤薄膜、薄膜反 应和相关的吸收剂以及分离技术、分子工程和生物工程等，从而 在光催化、微电子和透明绝热等领域具有很好的发展前景。在微 电子工艺中，纳米SiO2薄膜因其优越的电绝缘性和工艺的可行性 而被广泛采用。
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纳米二氧化硅
2 纳米材料二氧化硅的改性
• 醇、酸改性法 • 表面活性剂改性法 • 硅烷偶联剂改性法
纳米二氧化硅
2.1 醇、酸改性法
• 实验表明，醇、酸类化合物可与纳米SiO2表面的大量-OH发生化 学反应，这样就可以在纳米粒子表面接枝有机基团，使改性后的 粒子疏水性能提高，从而提高了纳米粒子与有机物的相容性。
纳米二氧化硅
1 纳米二氧化硅的制备方法
1. 气相法
2. 溶胶—凝胶法 3. 反相胶束微乳液法
4. 沉淀法
5. 硅单质法
纳米二氧化硅
1.1 气相法
• 该法是采用四氯化硅在氢氧焰中水解制得。水解产 生的二氧化硅分子凝集成颗粒。这些颗粒互相碰撞， 熔结成一体，形成三维和有分支的键状聚集体一旦 这些聚集体温度低于二氧化硅熔点，则进一步碰撞， 引起键的机械缠绕，生成附聚物。由于气相法物质 浓度小，生成的粒子凝聚少。这样生成的纳米SiO2 又称无水纳米SiO2，它是球形粒子，纯度高，表面 羟基少，SiO2的质量分数在0.998以上，直径在8～ 19nm，比表面积在130～480m2/g，dbp吸收值 1.50～2.00cm3/g。
超疏水材料的加工PPT课件
第11页/共24页
超疏水材料的制备方法
聚苯乙烯 Chen等利用纳米球刻蚀的方法首先得到了排列整齐的单层
( PS)纳米珠阵列 ,再用氧等离子体处理以进一步减小纳米珠的尺寸从而得到粗糙 表面 (图 18)。在其表面覆盖 20 nm厚的金膜并用十八硫醇(ODT)进行修饰可以增 强其疏水性。通过调整 PS纳米珠的直径 (440～190 nm)可以控制表面接触角的 大小 (132° ～168° )。
第15页/共24页
超疏水材料的制备方法
江雷等以聚苯乙烯 ( PS)为原料 ,制备了一种具有新颖的多孔微球与纳米纤维 复合结构的超疏水薄膜，其中多孔微球对薄膜的超疏水性起主要作用 , 而纳米纤 维则交织成一个三维的网络骨架 ,“ 捆绑 ” 住多孔微球 , 增强了薄膜的稳定性。
利用电纺技术得到的复合结构 PS薄膜: ( a～c) SEM图 , ( d) 水滴的形貌图第1(6接页触/共角24为页160.4° )
14超疏水材料的制备方法江雷等利用化学气相沉积法在石英基底上制备了各种图案结构的阵列碳纳米管膜结果表明水在这些膜表面的接触角都大于160滚动角都小于5纳米结构与微米结构在表面的阶层排列被认为是产生这种高接触角低滚动角的原因
目录
1.
研究水凝胶的目的
2.
目前国内外研究现状
3.
目前研究内容
4
现阶段研究进展
第18页/共24页
超疏水材料的应用
新型超疏水材料的应用将十分广泛： ▲ 沙漠集水； ▲ 远洋轮船船底涂料，可以达到防污、 防腐的效果； ▲ 室外天线上，建筑玻璃，汽车、飞 机挡风玻璃上，可以防积雪，自清洁； ▲ 冰箱、冷柜等制冷设备的内胆表面 上，凝聚水、结霜 、结冰现象； ▲ 天然气、石油管道内壁表面超疏水 分子膜； ▲ 用于微量注射器针尖，可以完全消 除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带 来的对针尖的污染； ▲ 防水和防污处理； ▲ ………
超疏水材料的制备方法
聚苯乙烯 Chen等利用纳米球刻蚀的方法首先得到了排列整齐的单层
( PS)纳米珠阵列 ,再用氧等离子体处理以进一步减小纳米珠的尺寸从而得到粗糙 表面 (图 18)。在其表面覆盖 20 nm厚的金膜并用十八硫醇(ODT)进行修饰可以增 强其疏水性。通过调整 PS纳米珠的直径 (440～190 nm)可以控制表面接触角的 大小 (132° ～168° )。
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超疏水材料的制备方法
江雷等以聚苯乙烯 ( PS)为原料 ,制备了一种具有新颖的多孔微球与纳米纤维 复合结构的超疏水薄膜，其中多孔微球对薄膜的超疏水性起主要作用 , 而纳米纤 维则交织成一个三维的网络骨架 ,“ 捆绑 ” 住多孔微球 , 增强了薄膜的稳定性。
利用电纺技术得到的复合结构 PS薄膜: ( a～c) SEM图 , ( d) 水滴的形貌图第1(6接页触/共角24为页160.4° )
14超疏水材料的制备方法江雷等利用化学气相沉积法在石英基底上制备了各种图案结构的阵列碳纳米管膜结果表明水在这些膜表面的接触角都大于160滚动角都小于5纳米结构与微米结构在表面的阶层排列被认为是产生这种高接触角低滚动角的原因
目录
1.
研究水凝胶的目的
2.
目前国内外研究现状
3.
目前研究内容
4
现阶段研究进展
第18页/共24页
超疏水材料的应用
新型超疏水材料的应用将十分广泛： ▲ 沙漠集水； ▲ 远洋轮船船底涂料，可以达到防污、 防腐的效果； ▲ 室外天线上，建筑玻璃，汽车、飞 机挡风玻璃上，可以防积雪，自清洁； ▲ 冰箱、冷柜等制冷设备的内胆表面 上，凝聚水、结霜 、结冰现象； ▲ 天然气、石油管道内壁表面超疏水 分子膜； ▲ 用于微量注射器针尖，可以完全消 除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带 来的对针尖的污染； ▲ 防水和防污处理； ▲ ………
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不同 SiO2 与 TEOS-PDMS 质量比下杂化涂层的 SEM 照片和接触角。 （a）0；（b）0.1；（c）0.2；（d）0.3；（e）0.3；（f）0.6
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
表面微观结构
纳米涂层原子力显微镜照片
完成后的涂层
基材
布料
纸巾
木材
关于涂层疏水性的拓展：双疏涂层
1
特种涂层应用
2
工业添加剂应用
3
防火材料应用
4
胶结剂应用
5
建材防腐蚀应用
1
超疏水（疏水）涂层应用
荷叶自洁效应
荷叶叶面上存在着非常复杂的多重 纳米和微米级的超微结构。在超高 分辨率显微镜下可以清晰地看到些 结构上长满绒毛。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。空气层使得在尺寸上远大 于这种超微结构的灰尘、雨水等降 落在叶面上后，只能与叶面上凸起 结构的凸顶形成点接触。同时液体 在自身的表面张力作用下收缩形成 球状。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
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 甚至可以抵抗一些有机溶剂
实践案例
纳米二氧化硅
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。用途非常广泛。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。
目录
CONTENTS
这就是荷叶自洁效应。
人工仿造荷叶效应
Байду номын сангаас
几何粗糙表面
低表面能材料 ＆
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。
呈亲水性
用巯基硅烷，乙烯基 硅烷和氨基硅烷偶联 剂对二氧化硅进行了 表面处理。分析测试 表明，用前两者处理 后粒子的疏水性增加。 纳米二氧化硅表面羟
基数目大量减少。
疏水纳米二氧化硅
低表面能材料制备 和 粗糙表面建立
以羟基硅油（H-PDMS）与正硅酸乙酯（TEOS）固化后得到的 聚硅氧烷 为低表面能材料， 利用疏水纳米SiO2粒子构造粗糙度，采用喷涂工艺，在玻璃表面制备聚硅氧烷/二氧化硅杂化超疏 水涂层。（二月桂酸二丁基锡:DBTDL）
表面微观结构
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
表面微观结构
纳米涂层原子力显微镜照片
完成后的涂层
基材
布料
纸巾
木材
关于涂层疏水性的拓展：双疏涂层
1
特种涂层应用
2
工业添加剂应用
3
防火材料应用
4
胶结剂应用
5
建材防腐蚀应用
1
超疏水（疏水）涂层应用
荷叶自洁效应
荷叶叶面上存在着非常复杂的多重 纳米和微米级的超微结构。在超高 分辨率显微镜下可以清晰地看到些 结构上长满绒毛。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。空气层使得在尺寸上远大 于这种超微结构的灰尘、雨水等降 落在叶面上后，只能与叶面上凸起 结构的凸顶形成点接触。同时液体 在自身的表面张力作用下收缩形成 球状。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
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 甚至可以抵抗一些有机溶剂
实践案例
纳米二氧化硅
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。用途非常广泛。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。
目录
CONTENTS
这就是荷叶自洁效应。
人工仿造荷叶效应
Байду номын сангаас
几何粗糙表面
低表面能材料 ＆
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。
呈亲水性
用巯基硅烷，乙烯基 硅烷和氨基硅烷偶联 剂对二氧化硅进行了 表面处理。分析测试 表明，用前两者处理 后粒子的疏水性增加。 纳米二氧化硅表面羟
基数目大量减少。
疏水纳米二氧化硅
低表面能材料制备 和 粗糙表面建立
以羟基硅油（H-PDMS）与正硅酸乙酯（TEOS）固化后得到的 聚硅氧烷 为低表面能材料， 利用疏水纳米SiO2粒子构造粗糙度，采用喷涂工艺，在玻璃表面制备聚硅氧烷/二氧化硅杂化超疏 水涂层。（二月桂酸二丁基锡:DBTDL）
表面微观结构