纳米二氧化硅微球的应用及制备进展_姜小阳

第30卷第3期

硅酸盐通报Vol．30No．32011年6月BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY June ，2011

纳米二氧化硅微球的应用及制备进展

姜小阳，李霞

（青岛科技大学材料科学与工程学院，青岛266042）

摘要：纳米二氧化硅微球在电子、光学器件、化学生物芯片、催化等领域有着广泛的应用。本文综述了近几年纳米

二氧化硅微球几种制备方法，例如：溶胶-凝胶法、模板法、沉淀法、超重力法、微乳液法等，并对这些工艺方法的优缺

点做了简单评述，

最后对二氧化硅的应用前景进行了展望。关键词：纳米二氧化硅；微球；应用；制备

中图分类号：O613文献标识码：A 文章编号：1001-

1625（2011）03-0577-06Progress in Application and Preparation

of Nano-silica Microspheres

JIANG Xiao-yang ，LI Xia

（College of Materials Science and Engineering ，Qingdao University of Science and Technology ，Qingdao 266042，China ）

Abstract ：Nanosized silica microspheres have important applications in electronics ，optical devices ，chemical biosensors ，catalysis ，etc．In this thesis ，the preparation methods of nano-silica were reviewed

such as sol-gel process ，template process ，precipitation process ，high gravity reactive method ，micro-

emulsion method ，etc．The relative merits of each method are introduced．At last ，the application

prospect of nano-silica microspheres is depicted．

Key words ：nano-silica ；microspheres ；application ；preparation

基金项目：国家自然科学基金（No．51072086）资助项目

作者简介：姜小阳（1985-），男，硕士．主要从事纳米二氧化硅微球的制备及应用的研究．

通讯作者：李霞．E-mail ：lix@qust．edu．cn 1引言

纳米固体或纳米微粒是指颗粒粒度属于纳米量级（1 100nm ）的固态颗粒［1］。纳米二氧化硅微球为无

定型白色粉末，无毒、无味、无污染，表面存在大量羟基和吸附水，具有粒径小、纯度高、比表面积大、分散性能好等特点，并凭借其优越的稳定性、补强性、触变性和优良的光学及机械性能，广泛应用于生物医药、电子、催化剂载体及生物材料、工程材料等领域

［2］。如今，纳米二氧化硅微球的制备和应用研究工作已成为材料科

研领域的一大热点［3］。2纳米二氧化硅微球的应用

纳米二氧化硅在添加剂、橡胶、塑料、纤维、彩色打印、军事材料、生物技术等领域有着广泛的应用。纳米SiO 2表面含有大量的羟基与不饱和键，可以在摩擦副表面形成牢固的化学吸附膜，从而保护金属摩擦表面，改善润滑油的摩擦性能，因此可以作为一种高性能、高环保型润滑油的添加剂

［4］。利用纳米SiO 2可以吸收

578综合评述硅酸盐通报第30卷紫外线的性能，将其加入到环氧树脂中，可以减少紫外线对环氧树脂的降解作用，提高环氧树脂的抗老化性

能，

同时使板材具有紫外光屏蔽功能［5］。利用纳米SiO 2的无机刚性粒子可以增韧的特性，将气相纳米SiO 2添加到塑料中，可以在不削弱材料刚性的前提下提高材料的韧性，甚至还能提高材料的刚性［6］。由于纳米

SiO 2具有特定的微孔网络和优良的固墨性能，因而将其应用在彩色喷墨打印中，具有打印质量高、墨点面积

小、

色密度高、图像逼真等特点［7］。利用纳米SiO 2气凝胶的绝热性能，可以制备具有良好疏水性的多孔绝热保温材料，

而且具有力学机械强度、纳米多孔、节能、环保等多种优良性能，对军事、工业、建筑保温材料都有重大意义［8］。利用纳米SiO 2生物相容性好，物理和化学稳定性高，比表面积大，载药量可控，可以装载各种

药物、蛋白、基因等，作为药物传递载体在国内外受到普遍关注［9］。

3纳米二氧化硅微球的制备方法

目前，纳米二氧化硅微球的制备方法主要可以分为干法和湿法两类，湿法包括溶胶-凝胶法、模板法、沉淀法、超重力反应法、微乳液法和水热合成法等；干法有气相法和电弧法等。

3．1溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是目前制备纳米二氧化硅微球的主要方法，该工艺是将硅酸酯与无水乙醇按一定的物质的量比搅拌成均匀的混合溶液，在搅拌状态下缓慢加入适量的去离子水，然后调节溶液的pH 值，再加入合适

的表面活性剂［10］，

将所得溶液搅拌后在室温下陈化制得凝胶，再通过干燥等步骤制得所需纳米SiO 2粉体。赵丽等［11］以正硅酸乙酯为原料，经过金属醇盐的水解聚合，凝胶的形成，凝胶的干燥及煅烧制备出呈椭

圆形，粒径大小在20 30nm 的二氧化硅粉末。并指出了解醇盐水解、聚合的反应机理对于掌握溶胶-凝胶工艺是非常重要的，而醇盐的水解反应同以下一些因索有很大关系：有无催化剂和催化剂的种类、水与醇盐的物质的量比（添加的水量）、醇盐的种类，用于使互不混合的金属醇盐和水混合在一起的共同溶剂的种类及其用量、水解温度等。

符远翔等［12］利用Stober 溶胶-凝胶法［13］，合成了大小约为80 150nm 的单分散纳米二氧化硅微球，并

且探讨了温度、

氨水浓度以及正硅酸乙酯浓度等因素对合成二氧化硅的影响。利用XRD 、IR 、SEM 、TEM 等对样品进行了表征，结果表明：水解温度的升高加速二氧化硅颗粒在溶液中的熟化引起团聚；氨水浓度的增加使得成核速度增加，水解速度加剧，二氧化硅的粒径增大，团聚程度也增大；增加正硅酸乙酯的量也导致二氧化硅粒径稍有增加，团聚程度加深。

图1YVO 4ʒEu 3+@SiO 2核壳粒子的形成过程图

Fig．1

Formation process of YVO 4ʒEu 3+@SiO 2李朝毅等［14］以氨水为催化剂、正硅酸乙酯为硅源、醇为溶剂，采用改进的溶胶-凝胶工艺制备单分散SiO 2微球，通过扫描电镜、激光粒度分析仪着重研究了正硅酸乙酯添加方式、反应温度、溶剂类型等单因素对SiO 2的颗粒大小和形貌的影响，并指出，正硅酸水解对醇溶剂是有选择性的，乙醇作为溶剂合成SiO 2的

单分散性和球形度最好；连续滴定和分步滴定更有利于单分散SiO 2微球的形成；水解温度升高，生成的颗粒