纳米二氧化硅

1.2 溶胶—凝胶法
该法工艺一般是通过正硅酸乙脂(TEOS)的水解聚合而 形成二氧化硅溶胶，其过程包括了TEOS在溶胶—凝 胶过程的催化效应，溶剂效应，添加剂效应等。其反 应动力学为: Si—OR+HOH→Si—OH+ROH
Si—OR+HO—Si→Si—O—Si+ROH
Si—OR+HO—Si→Si—O—Si+HOH
在二氧化硅胶液中添加表面活性剂，可以在纳米粒子 间建立一个能垒来提抗团聚的发生，表面活性剂主要 通过以下两种方式改性纳米二氧化硅：一是通过物理 吸附使表面活性剂链吸附在纳米粒子表面；另一种方 式是化学方应，即活性剂中的某些基团与粒子表面的 -OH等发生反应，达到对粒子表面改性的目的。
2.3 硅烷偶联剂改性法
现在，纳米SiO2应用于各相关领域的研究局面己全面 展开，并已在上述诸多领域中获得成功应用。相信各 行业的生产企业只要在实际应用中，通过必要的化学 和机械分散手段将纳米SiO2软团聚体颗粒充分、均匀 地分散在基材中，完全可以提高传统材料的各项性能 指标并创造出性能优异的新一代功能型材料。我国纳 米材料的研究已取得许多成果，但纳米SiO2的应用才 刚刚起步，所以在以产品性能为依据的前提下，改进 制备工艺，使二氧化硅产品具有较高附加值，是今后 研究开发的趋势，应用研究与产品开发相结合，其市 场前景是十分广阔的。相信在不远的将来，纳米SiO2 会进一步工业化，并广泛应用于各个领域。
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
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。
2.2 表面活性剂改性法
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.来自硅单质法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。
硅烷偶联剂既含有与二氧化硅表面-OH反应的极性基 团又含有与有机溶剂相溶的有机链，使其在纳米二氧 化硅粒子的改性实验中得到了广泛的应用。采用硅烷 偶联剂对纳米二氧化硅进行了表面处理，从不同侧面 考察了不同硅烷偶联剂对粒子之间相互作用、纳米 SiO2橡胶相互作用等，结果表明，偶联剂降低了粒子 之间的相互作用，而且不同的偶联剂对改性样品的某 一性能影响程度不同。
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1.4 沉淀法
沉淀法是液相化学合成高纯度纳米级二氧化硅粒子采 用的最广泛的方法。它是以水玻璃和盐酸或其他酸化 剂为原料，适时加入表面活性剂到反应体系中，控制 合适的合成温度，直至沉淀溶液的pH值为8左右加入 稳定剂，将得到的沉淀用离心法分离洗涤，经一定且 合适的温度干燥，最后在马福炉中高温灼烧一定时间 后得到白色轻质的SiO2粉末。
3 纳米二氧化硅的主要应用
由于纳米SiO2的量子尺寸、量子隧道效应和它的特殊 光、电特性、高磁阻现象、非线性电阻现象以及高温 下仍具有的高强、高韧、稳定性好等奇异特性，使纳 米SiO2可广泛应用于许多领域，几乎涉及所有应用 SiO2粉体的行业。现已达百吨生产规模经过两年多的 市场开拓和应用技术开发，产品已广泛应用于电子封 装材料、高分子复合材料、塑料、涂料、橡胶改性、 颜料、陶瓷、粘结剂、玻璃钢、药物载体、化妆品及 杀茵材料等领域，为传统产品的提档升级换代带来划 时代的意义。
5.3在集成电路中的应用
随着大规模集成电路器件集成度的提高，多层布线技 术变得愈加重要，如逻辑器件的中间介质层将增加到 4～5层，这就要求减小介质层带来的寄生电容。目前 普遍采用的制备介质层的SiO2，其介电常数约为4.0 ，并具有良好的机械性能。如用于硅大功率双极晶体 管管芯平面和台面钝化，提高或保持了管芯的击穿电 压，并提高了晶体管的稳定性。这种技术，完全达到 了保护钝化器件的目的，使得器件的性能稳定、可靠 ，减少了外界对芯片沾污、干扰，提高了器件的可靠 性能。
1.5 硅单质法
将纯水、分散剂和硅单质加入到三口烧瓶中，开动搅 拌，用NaOH溶液调pH=10，加热升温，维持温度在 80~90℃，反应10h，其间补加氨水，以维持反应液 pH=9.5~10.5。加入有机硅改性剂，继续反应1h，待 温度降至室温后，减压过滤，滤液即为纳米SiO2水分 散液。
上述介绍最常用的制备纳米二氧化硅方法，气相法的 优点是颗粒的尺寸较小，纯度高，但合成的条件难控 制，而且造价高；溶胶—凝胶法的优点是反应条件温 和，成分容易控制，工艺设备简单，产品的纯度高， 但原材料价格昂贵，凝胶颗粒之间烧结性差，产物干 燥时收缩性大;沉淀法生成的二氧化硅颗粒均匀，并且 由于成本低，工艺容易控制，设备投资小，可大量生 产，适于工业化。
凝胶化后，再经过陈化、千燥和热处理得到产物。
1.3 反相胶束微乳液法
该法是液相化学制备法中最新颖的一种，微乳液通常 由表面活性剂、助表面活性剂、油、水组成。首先形 成乳液，剂量小的溶剂被包裹在剂量大的溶剂中形成 一个个微泡，微泡表面由表面活性剂组成，尺寸大小 在5～100nm之间。从微泡中生成固相可使成核生长 、凝结和团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内， 从而形成球形颗粒，又避免了颗粒之间进一步团聚。
研究纳米二氧化硅的意义:
纳米二氧化硅为无定型白色粉末，是一种无 毒、无味、无污染的非金属材料，微粒结构 非常特殊，表现出奇异或反常的物理化学特 性，具有卓越的光、力、电、热、磁、放射 、吸收等特殊性能，在众多学科及领域内独 具特性，有着不可取代的作用，因此，研究 纳米二氧化硅材料具有十分重大的意义
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。
5 纳米二氧化硅的电学方面的应用
在半导体中的应用 在电极中的应用 在集成电路中的应用
5.1 在半导体中的应用
纳米SiO2是绝缘的，且其化学性质很稳定，因此纳米 SiO2被用作半导体材料的隔离带，钝化层，也就是绝 缘层，保护层。
5.2 在电极中的应用
纳米材料的特异性能，尤其是其大的比表面积和完整 的表面结构，使其成为优良的电极材料。纳米材料被 誉为21世纪最有发展前途的材料，作为电极修饰剂有 着广阔的应用前景。随着世界各国对纳米微粒和纳米 材料研究的不断探入，制备纳米金属氧化物及复合金 属氧化物粉体技术不断发展和成熟，纳米金属氧化物 修饰电极的制备及其应用也日益受到科研工作者的青 睐。纳米SiO2作为纳米材料中的一种，同样也具有这 方面的性能，不仅比与一般的电极相比具有更高的稳 定性，导电性和催化性能，同时也赋予电极某些新的 电学和化学特性。
纳米二氧化硅材料及其电学 性质的技术研究进展
摘要:
纳米技术日新月异，纳米材料科学也不断的
进步。纳米二氧化硅作为纳米材料的一员，其制
备方法不断涌现，其应用范围不断拓展，已逐渐
成为重要的无机纳米材料。本文主要对纳米二氧 化硅的制备技术进行了全面介绍，对各种制法的 优缺点进行了评述，阐明了改性机理, 列举了常 见的改性方法，并对其电学性质做了重点论述。 对具体的应用，尤其是近年来各新兴领域的应用 作了简要的概括。