纳米二氧化硅表面修饰及其单分子行为研究
纳米二氧化硅的表面改性研究

第4期王云芳等:纳米二氧化硅的表面改性研究383SizeofSi02grain(nm)图1水溶胶中Si05颗粒的大小分布Fig.1SizedistributionofSi02graininhydrosol可以看出,所制得的二氧化硅水溶胶中,二氧化硅成纳米状态分布,粒径为50—127rim,其电子显微镜照片如图2所示。
另外,从二氧化硅水溶胶的红外光谱(图3(a))可以看出,2900cmd为SiOH的吸收峰;3433emd为吸附的水峰;1216em’1为Si—O—Si的不对称伸缩峰;958cmd为SiOH的伸缩峰;471cmd为O—Si·O的畸变吸收峰,说明纳米二氧化硅表面还有大量羟基,因此它可以和许多有机官能团发生作用。
2.2表面羟基值的测定【l列采用离心干燥分离、醇洗,反复5次使溶胶中的二氧化硅分离,1000C真空干燥48h,得到纳米二氧化硅粉体,其红外光谱如图3(a)所示。
称取该粉体29放入100mL的锥形瓶中,加入0.05mol/L的NaOH溶液80mL,密封搅拌24h。
离心分离二氧化硅颗粒后的溶液体积为C毫升(一80mL),从分离的C毫升溶液中量取10mL,用A毫升0.05moL/L的HCl溶液滴定至中性,剩余溶液(C一10mL)用同样的方法滴定至中性所用HCl溶液为B毫升,根据下式可计算出单位重量二氧化硅颗粒表面的羟基含量(x)u引。
茗:盟笔华≈7.8mmol/g茗2——广2Lg上式中,A一中和分离溶液10mL所消耗0.05moL/LHCl溶液的体积数;B一滴定剩余溶液(约70mL)至中性所用0.05mol/LHCI溶液的体积数;w一纳米二氧化硅粉体的克重数。
2.3纳米二氧化硅的表面改性及分析配制2.0wt%纳米二氧化硅水溶胶100mL,并用冰醋酸调节溶液的pH=3.5—4.5,随后加入图2改性前纳米Si02粒子的TEM图片Fig.2TEMphotographsofnano—silicaparticlesbeforemodification400¥0012001600200024002800320036004000Wavcntunber“gnrl图3si02(a),cr,rMS(b)和GPTMS改性Si02(c)的红外光谱Fig.3FTIRgpl圮-q:raof(a)silica,(b)CPa'MSand(c)CPTMS—modifiedsilica2mL偶联剂GPTMS(未水解前的红外光谱如图3(b)所示),磁力搅拌,常温反应2.5h后得到纳米二氧化硅改性溶胶(改性后纳米颗粒溶液的透射电子显微镜显微分析如图4所示)经离心干燥后醇洗(重复五次),常温干燥24h,然后在200℃真空干燥48h得到改性纳米SiO:粉体,其红外图谱如图3(c),从图谱可以看出:纳米二氧化硅接枝GPTMS后,二氧化硅的物理吸附水(3433cm。
二氧化硅纳米颗粒表面修饰氨基的方法[发明专利]
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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710592809.1(22)申请日 2017.07.19(71)申请人 东南大学地址 210096 江苏省南京市玄武区四牌楼2号(72)发明人 王婷 丁锐 屈冠雯 王楚 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限公司 32200代理人 唐循文(51)Int.Cl.C01B 33/18(2006.01)(54)发明名称二氧化硅纳米颗粒表面修饰氨基的方法(57)摘要二氧化硅纳米颗粒表面修饰氨基的方法,以甲苯作为分散剂,配制二氧化硅纳米颗粒浊液,其中甲苯及二氧化硅中均无水;向二氧化硅纳米颗粒浊液中加入3-氨丙基三甲氧基硅烷,充分搅拌使其混匀;加热回流,加热过程中持续通入氮气进行保护;回收样品,使用无水乙醇离心洗涤,并分散在无水乙醇中储存,得表面修饰氨基的二氧化硅纳米颗粒。
本发明可以在SiO 2 NPs成功修饰较多的氨基,并且经表面修饰后的SiO 2 NPs具有较好的分散性和稳定性。
同时,制备过程中严格保持的无水环境和惰性气氛杜绝了偶联剂法修饰SiO 2常见的水解产物沉聚问题,使得实验过程可操作性、可重复性更强。
权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 107381586 A 2017.11.24C N 107381586A1.二氧化硅纳米颗粒表面修饰氨基的方法,其特征在于步骤为:a. 以甲苯作为分散剂,配制5mM ~8.5mM粒径为200nm的二氧化硅纳米颗粒浊液,其中甲苯及二氧化硅中均无水;b. 向二氧化硅纳米颗粒浊液中加入不低于0.5vol.%的氨基硅烷偶联剂,充分搅拌使其混匀;c. 控制温度85℃~105℃加热回流12h ~15h,加热过程中持续通入氮气进行保护;d. 回收样品,使用无水乙醇离心洗涤,并分散在无水乙醇中储存,得表面修饰氨基的二氧化硅纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述二氧化硅纳米颗粒表面修饰氨基的方法,其特征在于所述氨基硅烷偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS),在二氧化硅纳米颗粒浊液中的体积比为0.5%。
二氧化硅基材料的合成与表面修饰

二氧化硅基材料的合成与表面修饰材料科学和化学领域一直在不断发展,为各个行业提供了大量高性能的材料。
其中,二氧化硅基材料因其在光电、能源、生物医药等领域的广泛应用而备受关注。
本文将探讨二氧化硅基材料的合成方法以及表面修饰技术,深入了解其独特性能和应用前景。
首先,让我们来了解二氧化硅基材料的合成方法。
二氧化硅是一种无机化合物,可以通过多种方法制备。
其中最常见的方法是溶胶-凝胶法和沉积法。
溶胶-凝胶法是通过在溶液中悬浮硅前体,如硅酸盐或硅酸酯,然后通过凝胶化和热处理的方式制备二氧化硅凝胶或二氧化硅固体材料。
这种方法具有简单、灵活的优点,并且可以控制材料的形貌和孔径结构。
沉积法是通过将硅前体气体或溶液进行热解、聚合或反应等方式在基底上沉积二氧化硅薄膜。
这种方法适用于制备超薄薄膜或涂覆材料表面。
尽管二氧化硅基材料的合成方法比较成熟,但其性能的优化仍然需要对材料进行表面修饰。
表面修饰是通过引入功能性团或涂覆特定材料实现的,目的是增强材料的稳定性、化学反应活性或吸附能力。
例如,在生物医药领域中,通过表面修饰可以使二氧化硅基材料具有良好的生物相容性,从而用于药物控释、生物传感和医学成像。
常见的表面修饰方法包括化学修饰、物理修饰和生物修饰。
化学修饰是通过反应引入化学官能团,如氨基、羧基或硅烷基,以改变材料的表面性质。
物理修饰包括溶剂处理、等离子体处理和热处理等方法,利用物理力学作用对材料进行表面修饰。
生物修饰是通过生物分子或生物表面相互作用实现的,常见的生物修饰方法有酶催化、分子吸附或生物功能分子修饰等。
二氧化硅基材料的表面修饰可以使其具有更多的应用潜力。
例如,在能源领域,表面修饰可以改善二氧化硅的导电性和光电性能,使其成为太阳能电池、电化学催化剂或传感器等领域的理想材料。
在环境保护领域,二氧化硅基材料的表面修饰可以增加其吸附能力,从而用于水处理、废气治理和污染物检测等应用。
此外,二氧化硅基材料的表面修饰还可以改善材料的力学性能、耐磨性、耐高温性等,拓宽其在材料领域的应用范围。
纳米材料的表面修饰技术及应用案例

纳米材料的表面修饰技术及应用案例纳米材料是具有尺寸范围在纳米级别的材料,其特殊的物理化学性质使其在许多领域具有广泛的应用潜力。
然而,由于其表面积较大、表面活性较强的特点,纳米材料在催化、电子器件、生物医学等领域的应用受到了一定的限制。
为了提升纳米材料的稳定性、功能性以及可操作性,表面修饰技术成为了必不可少的手段。
一、纳米材料的表面修饰技术1. 化学修饰技术:化学修饰技术是通过改变纳米材料表面化学结构,增强其与其他物质之间的相互作用。
例如,通过在纳米材料表面引入官能团或改变表面配位基团,可以实现针对性的吸附、嵌入或化学反应。
这些改变可以通过化学合成或表面修饰方法实现,如溶剂热处理、化学键合等。
2. 物理修饰技术:物理修饰技术主要利用物理手段对纳米材料进行表面修饰,例如利用等离子体处理、氧化、还原等方法改变纳米材料的形貌、晶相、尺寸等特性。
此外,还可以利用机械强化、高能球磨等技术对纳米材料进行表面修饰,提高其力学性能、稳定性等。
3. 生物修饰技术:生物修饰技术是利用生物分子对纳米材料进行表面修饰,例如利用蛋白质、多肽、核酸等生物分子对纳米材料进行包覆、功能化修饰。
这些生物修饰剂可以通过特异性的结合作用与纳米材料相互作用,从而增强其生物相容性、改变其特定性质。
二、纳米材料表面修饰技术的应用案例1. 纳米催化剂:纳米催化剂广泛应用于化学合成、能源转换、环境治理等领域。
表面修饰技术可以调控纳米催化剂的催化活性和选择性。
例如,通过在金纳米颗粒表面修饰有机官能团,可以实现更高的催化活性和选择性;通过调控纳米颗粒之间的间隔,可以提高催化剂的稳定性和循环使用性。
2. 纳米电子器件:纳米材料在电子器件领域具有重要的应用前景。
通过表面修饰技术,可以改善纳米材料的导电性能、界面特性和器件稳定性。
例如,利用表面修饰技术改变纳米颗粒的带隙能级,可以调控纳米材料的导电性质;利用高分子杂化修饰技术可以增强纳米材料与基底之间的界面粘附力,提高器件的稳定性。
纳米材料的表面修饰和功能化方法

纳米材料的表面修饰和功能化方法随着纳米材料在各个领域的应用不断拓展,对纳米材料的表面修饰和功能化方法的需求也越来越迫切。
纳米材料的表面修饰和功能化可以赋予其特定的性能和功能,从而扩大其应用范围。
在本文中,将介绍纳米材料表面修饰和功能化的一些常用方法。
一、化学修饰方法1. 化学还原法:通过添加还原剂,如氨或亚偏磷酸钠等,在纳米材料表面形成一层金属或合金的修饰层。
这种方法可以改变纳米材料的表面性质,如电导性、稳定性等。
2. 化学键合法:通过纳米材料表面的官能团与化合物之间发生化学键合反应,将功能分子固定在纳米材料表面。
例如,利用硫化银纳米颗粒表面的硫原子与巯基化合物发生反应,将荧光染料固定在银纳米颗粒表面。
3. 化学沉积法:通过化学反应,在纳米材料表面沉积一层具有特定功能的材料。
例如,利用化学还原法在纳米颗粒表面沉积一层金属或合金的修饰层,从而增加其机械强度和稳定性。
二、物理修饰方法1. 等离子体修饰法:利用等离子体技术对纳米材料表面进行修饰。
等离子体修饰可以改变纳米材料的表面形貌和性质。
例如,利用等离子体辐照法可以在纳米材料表面形成纳米阵列,从而增加纳米材料的比表面积。
2. 溅射法:通过溅射技术,在纳米材料表面沉积一层具有特定功能的材料。
溅射法可以在纳米材料表面形成薄膜或纳米颗粒。
例如,利用磁控溅射技术在纳米材料表面沉积一层金属薄膜,从而增加纳米材料的导电性。
3. 热处理法:通过控制纳米材料的热处理条件,改变其表面形貌和晶体结构,从而实现表面修饰和功能化。
例如,通过高温处理可以使纳米材料表面形成一层氧化物薄膜,从而增加其化学稳定性和耐热性。
三、生物修饰方法1. 生物功能分子修饰法:利用生物功能分子(如蛋白质、酶等)与纳米材料表面发生特异性结合,实现表面修饰和功能化。
例如,通过将抗体固定在纳米材料表面,可以实现纳米材料的特异性识别和生物传感功能。
2. 生物矿化法:利用生物矿化过程,在纳米材料表面沉积一层具有特定功能的无机材料。
纳米粒子的表面修饰与功能化研究

纳米粒子的表面修饰与功能化研究纳米粒子,是由数百至数千个原子组成的微型颗粒,具有小尺寸、高比表面积、独特的光学、电学、磁学等性质。
在材料科学、生物医学、环境工程等领域有着广泛的应用,如制备催化剂、生物传感器、智能药物等,但是表面修饰和功能化研究是纳米粒子应用中最为重要的研究方向之一。
一. 纳米粒子表面修饰方法纳米粒子表面修饰是将化学、物理或生物学方法作用于纳米颗粒表面,使其具有特定的表面形态、化学组成和表面电荷等特性。
1. 化学修饰法化学修饰法主要包括原位修饰、后基修饰和配体交换修饰三种。
原位修饰是将功能基固定在粒子生成的过程中,以控制粒子表面化学性质和形态结构。
后基修饰是将粒子先制备好,然后进行表面修饰化学反应。
配体交换修饰是通过抑制表面原有配体的离解,而用新的配体更换原有配体。
2. 物理修饰法物理修饰法主要包括微乳液化学途径和自组装途径。
微乳液化学途径是通过油相中的乳化剂构筑纳米粒子表面化学结构,形成粒子稳定的把势场。
自组装途径是通过物理原理控制粒子的自组装,从而使粒子表面具有所需的物理、化学和生物学特性。
3. 生物修饰法生物修饰法是将生物分子定向固定在粒子表面,通过细胞膜表面接触或膜蛋白的定向结合,发挥其传感、药物递送、诊断、免疫分析等应用,具有高特异性和低毒副作用等优点。
二. 纳米粒子功能化方法纳米粒子的功能化是在表面修饰的基础上,进一步实现对纳米粒子的目标特性进行调控的过程,如具有特定的光学、生物学、磁学等特性,发挥其催化、诊断、治疗等应用。
现有的方法主要有以下几种。
1. 药物功能化药物功能化是通过修饰纳米粒子表面来实现药物的可控释放、靶向治疗、增强生物利用度等功能,已成为纳米医学领域中的研究热点之一。
药物功能化主要包括物理吸附、电化学沉积、原位化学反应等方法。
2. 传感功能化传感功能化是通过将传感分子锚定在纳米粒子上,实现对外部环境的检测和识别,可广泛应用于食品卫生、环境监测、疾病诊断等领域。
纳米二氧化硅表面改性的研究

等通过原位 表面改性制备
入三口瓶中, 然后加入甲苯和钛酸酯偶联剂 , 搅拌并 超声振荡 , 而后升温至指定温度, 回流, 然后抽滤 , 洗 涤, 放入烘箱中干燥 , 制得改性后的纳米 SiO2。 ( 3) 硬脂酸改性纳米 S i O2 将一定量的硬脂酸和 NaOH 置于三口瓶中, 加 入适量开水, 升温搅拌, 待硬脂酸和 NaOH 全部溶解 加入一 定量的 纳米 SiO2。恒温 搅拌一 定时 间, 抽 滤, 用无水乙醇洗 去表面的有机 物, 再用水 洗涤一 次, 干燥, 即制得改性后的纳米 S i O 2。 1 4 改性效果的表征 ( 1)亲油化度的测定 将 1g 改性后的纳米 S i O 2 粉体置于 40mL 蒸馏 水中 , 然后逐滴地滴定甲醇, 当漂浮在水面上的粉体 完全润湿后, 记录甲醇的加入量 V ( mL ) , 则 亲油化度 = ( V / 40+ V ) ∀ 100 % ( 2)吸水率的测定 将 1 000g 改性后的产品均匀铺洒在表面皿上, 然后放入盛有适量水的干燥器中 , 放置一定时间后, 称量并计算粉体增加的质量 m, 按下面的公式计算 其吸水率。 吸水率 = (m / 1 000) ∀ 100 %
充效果, 所以 , 有必要对其进行表面改性。目前, 采 用硅烷偶联剂、 钛酸酯偶联剂对纳米 S i O2 进行表面 改性的研究有报道 , Zh iW en W ang 等
8!
以超临界
CO 2 为溶剂、 以钛酸酯偶联剂 NDZ 201 为改性剂对 纳米 SiO2 进行了表面改性 , 修饰后纳米 S i O 2 由亲 水变为疏水, I R 和热重分 析表明纳米 S i O 2 和钛酸 酯偶联剂主要 是通过化学键相互作用的。 Yan lo ng T a i等
粉体置于40ml蒸馏水中然后逐滴地滴定甲醇当漂浮在水面上的粉体完全润湿后记录甲醇的加入量yml则亲油化度v40y1002吸水率的测定将10009改性后的产品均匀铺洒在表面皿上然后放人盛有适量水的干燥器中放置一定时间后称量并计算粉体增加的质量m按下面的公式计算其吸水率
表面修饰纳米二氧化硅润滑脂的性能研究

表面修饰纳米二氧化硅润滑脂的性能研究吴昊天;郭小川;蒋明俊;何燕【摘要】表面修饰对于纳米二氧化硅成脂能力和使用性能影响较大,以KH570、正辛醇、六甲基二硅胺烷为改性剂对纳米二氧化硅进行了表面修饰,制备了改性纳米二氧化硅润滑脂.结果表明,与未改性的纳米二氧化硅润滑脂相比,改性后抗老化硬化、抗水性及机械安定性等性能更优,每种改性剂有最适宜改性条件,KH570改性的纳米二氧化硅润滑脂综合性能最好.【期刊名称】《石油炼制与化工》【年(卷),期】2016(047)004【总页数】6页(P80-85)【关键词】纳米二氧化硅;表面修饰;润滑脂;正交试验【作者】吴昊天;郭小川;蒋明俊;何燕【作者单位】后勤工程学院军事油料应用与管理工程系,重庆 401311;后勤工程学院军事油料应用与管理工程系,重庆 401311;后勤工程学院军事油料应用与管理工程系,重庆 401311;后勤工程学院军事油料应用与管理工程系,重庆 401311【正文语种】中文二氧化硅润滑脂(简称硅脂)耐高温,无熔点,安定性好,使用寿命较长,是理想的高温润滑脂,同时,硅脂在电气、真空密封、仪器仪表、阀门、金属开关连接点等特殊场合也具有良好的密封润滑效果。
通常硅脂以合成油为基础油,采用无机稠化剂,加入结构稳定剂等添加剂制成。
纳米二氧化硅是一种无定型白色粉末,具有比表面积高、纯度高、密度低和分散性好的特性,是催化剂载体、高效绝热材料、气体过滤材料和高档填料的理想材料[1],以纳米二氧化硅作为稠化剂,稠化合成油制成的纳米硅脂,具备比普通硅脂更加优异的使用性能,然而纳米二氧化硅比表面积大、羟基数众多,未经表面改性或表面改性不当的纳米二氧化硅稠化基础油成脂后硅脂性能较差,出现老化硬化、长期受热失去润滑性、抗水性差、机械安定性差的问题。
对于以纳米二氧化硅制备润滑脂的研究,国外[2]集中在对纳米二氧化硅的改性剂上,采用市售改性纳米二氧化硅为原料制备硅脂,结果表明适当的改性方式可以弥补硅脂的缺陷,一些改性硅脂没有表现出老化硬化现象,在149℃下放置700h依然保持润滑性。
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t h e lk a y l c h a i n o f a l c o h o l s i n c r e a s e d.t h e h i g h e r c o l l a p s e p r e s s u r e w a s o b t a i n e d .
中图 分类 号 :0 6 4 7 。 9
文献 标 志码 :A
文 章 编号 :1 0 0 1 — 9 6 7 7 ( 2 0 1 4 ) 0 6— 0 0 0 1 — 0 3
S u r f a c e Mo d i i f d S i l i c a Na n o p a r t i c l e s a n d
n a n o p a r t i c l e s wa s h y d r o p h o b i z e d b y g r a f t i n g o f a l k y l c h a i n s o f me t h a n o l ,e t h a n o l a n d b u t a n o l ,r e s p e c t i v e l y .T h e mo n o l a y e r
Mo n o l a y e r Be h a v i o r o f t he Am ph i p hi l i c S i l i c a
Z O U H a n g , G U A N H u a i —r ai n , T O N G Y u e — i f n ( 1 C o l l e g e o f M a t e i r a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e i r n g ,F u j i a n N o r ma l U n i v e r s i t y , F u j i a n F u z h o u 3 5 0 0 0 7 ; 2 C o l l e g e o f C h e mi s t r y a n d C h e m i c a l E n g i n e e i r n g , F u j i a n N o ma r l U n i v e r s i t y , F u j i a n F u z h o u 3 5 0 0 0 7 , C h i n a )
b e h a v i o r o f s i l i c a n a n o pa r t i c l e s a t t h e a i r /wa t e r i n t e r f a c e wa s i n v e s t i g a t e d . Th e百 一A i s o t he r m s ho we d t h a t t he mo n o l a y e r b e h a v i o r o f s i l i c a n a n o pa r t i c l e s d e p e n d e d o n t h e h y d r o p h o b i c i t y o f t h e s u r f a c e o n s i l i c a n a no p a r t i c l e s .Wh e n t h e l e n g t h o f
第4 2卷第 6期 2 0 1 4年 3月
广
州
化
工
Vo 1 . 4 2 No . 6
Ma r . 2 01 4
Gu a n g z h o u C h e mi c a l I n d u s t  ̄
纳 米 二 氧化 硅 表 面 修 饰 及 其 单分 子行 为研 究 米
Ab s t r ac t:T he S t  ̄ b e r me t h o d wa s us e d t o p r e p a r e mo n o d i s p e r s e s i l i c a n a n o p a r t i c l e s ,a nd t h e n t he s u l  ̄ a c e o n s i l i c a
Ke y wor ds:mo n o d i s p e r s e d s i l i c a n a n o p a r t i c l e s ;h y dr o p h o b i z e d mo d i f i c a t i o n;mo no l a y e r ;c o l l a ps e p r e s s u r e
水界面上单分 子层 的形成 ,评价 改性 二氧化硅 的两亲性 。 由单分子层 的 耵一A等温 曲线显示 ,纳 米二氧化 硅单分 子层结构 取决 于 颗粒表 面的疏水性 。纳米二 氧化 硅改性剂 的碳链越 长 ,形 成的单分子膜 的崩 溃压 越高 。
关 键 词 :单分散纳米二氧化硅;表面疏水改性 ;单分子层;崩溃压
邹 行 , 关怀 民 , 童跃进
( 1福 建师 范 大 学材 料科 学与 工程 学院 ,福 建 福 州 3 5 0 0 0 7 ; 2福 建师 范 大学化 学 与化 工 学院 ,福建 福 州 3 5 0 0 0 7 )
摘 要 :用 S t t  ̄ b e r 法制备单分散纳米二氧化硅,并以不同链长的脂肪醇对其表面进行疏水改性。研究改性二氧化硅在空气/