纳米二氧化硅及硅酸盐复合材料的制备与表征

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近年来,纳米复合材料由于它的许多性能都优于单组分材料,在应用方面更加的广泛。纳米复合材料在填料、催化、光学、生物医药、药物载体和多功能涂层材料等方面有着巨大的应用。本论文研究了沉淀法制备中空二氧化硅微球,以二氧化硅为牺牲模板,水热法制备花球状碱式硅酸锰、二氧化硅/硅酸锰核壳微球以及银耳状碱式硅酸铁。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等手段对其进行表征。本论文研究结果如下:  (1)沉淀法制备二氧化硅中空微球和纳米微球。  实验结果表明,模板剂的用量在决定粒子形貌方面起着至关重要的作用。中空微球的热稳定性实验表明,粒径在100 nm左右的微球具有较好的热稳定性。随阳离子表面活性剂CTAB用量的增加,产物的粒径由30 nm增加到600 nm。加入助溶剂,产物的粒径由100 nm减小到40 nm,且分散性好。  (2)利用水热法制备了花球状二氧化硅/碱式硅酸锰核壳微球。  产物形貌随反应温度、原料的硅/锰摩尔比的不同而发生改变。反应温度由140℃升高到220℃,花状微球表面的纳米片消失;随反应时间由6 h延长到12h,微球的粒径尺寸增大,微球表面的纳米片也随之变得密集;当起始反应的硅和锰的摩尔比为1:2时,生成的产物为花球状二氧化硅/碱式硅酸锰核壳微球。  (3)采用水热法制备出了二氧化硅/硅酸锰核壳微球和硅酸锰空心微球。  在140℃水热条件下成功的制备出了分散均匀、具有可控壳层厚度的SiO2/MnSiO3的核壳微球和MnSiO3的空心微球。通过调节反应时间,调控SiO2/MnSiO3核壳微球结构内部核的大小与壳的厚度。反应温度由140℃增加到180℃,得到产物均一、表面不光滑的MnSiO3中空微球。pH也是一个重要的影响因素,调节pH值,在相同的反应时间,二氧化硅核消失的更快;180℃下,pH由9增大到11时,产物的表面变得光滑;140℃时,随反应时间的延长壳层厚度变薄。  (4)分别采用FeCl2·4H2O、FeSO4·7H2O、Fe(NO3)3·9H2O为铁源,水热法来研究二氧化硅/碱式硅酸铁复合材料的形貌。  结果发现铁源不同,所得到的产物的形貌不同。采用FeSO4·7H2O做铁源可得到分散均匀的银耳状二氧化硅/硅酸铁复合结构;加入NH3·H2O,生成产物可得片层薄且分散更加均匀,空隙更多,比表面积更大的片层二氧化硅/硅酸铁复合结构;反应温度越高,产物薄片沉积生长越快,所得片状结构越厚。
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