氧化硅气凝胶的超临界制备及纳米结构

简要介绍了用溶胶－凝胶法制备新型功能材料氧化硅气凝胶的方法，着重阐述了氧化硅气凝胶的各种干燥过程对其纳米结构的影响，说明了超临界干燥工艺在保持气凝胶的纳米多孔结构方面的突出重要地位，同时，用比表面积测量，扫描电镜，小角Ｘ射线菜射等研究了这种轻质纳米多孔非晶固态材料的结构特性，介绍了这种材料的应用前景。     

煤系高岭土表面改性的红外光谱研究

本文通过红外光谱分析研究了煤系高岭土生料和煅烧熟料的表面改性,发现改性后的高岭土在波数2919、2852、1850、1570、1641cm-1和波数1457cm-1附近的红外吸收峰随偶联剂有规律的变化,初步探讨了其改性机理。     

小角x射线散射法研究氧化硅溶胶的制备环境依赖性

根据氧化硅溶胶的不同制备环境(如老化时间、酸碱性和溶剂种类等)，利用小角x射线散射( SAXS)技术，辅以动态光散射等方法，对氧化硅溶胶的界面性质和微结构进行比较性分析.发 现在碱或酸催化下氧化硅溶胶的SAXS结果表现出极大差异，用低分子有机酸作催化剂不仅可 以得到聚硅氧烷大分子，而且有机酸和正硅酸乙酯的酸解反应使溶胶形成内部结构很复杂的 颗粒悬浮体系.溶剂极性越大，则颗粒形貌越不规则.甲酸酸解得到的溶胶颗粒的硅氧四面体 形成程度是所有体系中最差的.发现了在水为溶剂时溶胶SAXS结果中不同寻常的正、负偏离 共存情况，并给出了相应的解释. 关键词： 小角x射线散射 氧化硅 溶胶_凝胶     

小角x射线散射法研究甲基改性氧化硅凝胶的双分形结构

以正硅酸乙酯［Si(OC2H5)4,TEOS］和甲基三乙氧基硅烷［CH3Si(OC2H5)3,MTES］为前驱体，通过共水解法和两步法制备出两种不同的甲基改性氧化硅凝胶，在北京同步辐射光源(BSRF)小角x射线散射(SAXS)站测量了凝胶的散射强度，计算了凝胶的平均粒径、两相间比表面积等参数，在此基础上分析了凝胶的分形特征，发现存在两个尺度上的分形结构，分别对应于从SiO2原生颗粒到一次团聚体和从一次团聚体到簇团两种尺度.辅以透射电子显微镜(TEM)观测，证实由两种方法获得的凝胶具有非常不同的微观结构.实验证明，利用SAXS技术研究甲基改性凝胶的分形特征是获得凝胶微观结构的有力工具. 关键词： 甲基改性凝胶 氧化硅 小角x射线散射(SAXS) 分形结构     

氧化硅稳定的氧化锡量子点薄膜的制备及其光学性能

用溶胶-凝胶-水热过程制备了氧化硅稳定的氧化锡量子点,然后将其分散到氧化硅溶液中,用旋转涂膜的方法制备光学性能良好的氧化硅稳定的氧化锡量子点薄膜。X射线衍射和高分辨透射电镜表征显示氧化锡量子点具有良好的四方金红石晶型,平均粒径约4.0 nm。室温光致发光显示这种氧化硅稳定的氧化锡量子点薄膜在356 nm和388 nm处分别有很强的激子发光和缺陷态发光。根据透射谱拟合得到了氧化锡量子点薄膜的光学禁带宽度,其值约为3.96 eＶ。     

氧化硅稳定的氧化锡量子点薄膜的制备及其光学性能

 用溶胶-凝胶-水热过程制备了氧化硅稳定的氧化锡量子点,然后将其分散到氧化硅溶液中,用旋转涂膜的方法制备光学性能良好的氧化硅稳定的氧化锡量子点薄膜。X射线衍射和高分辨透射电镜表征显示氧化锡量子点具有良好的四方金红石晶型,平均粒径约4.0 nm。室温光致发光显示这种氧化硅稳定的氧化锡量子点薄膜在356 nm和388 nm处分别有很强的激子发光和缺陷态发光。根据透射谱拟合得到了氧化锡量子点薄膜的光学禁带宽度,其值约为3.96 eＶ。     

α-FeOOH纳米微粒的凝胶网格沉淀法制备及光谱性质

作为环境矿物材料的羟基氧化铁(FeOOH),可吸附和共沉淀环境介质中的污染物质,其去污能力与产物形貌结构、界面特性及制备方法等密切相关.FeOOH常由水解中和或空气氧化法制备,但其产物颗粒间易凝聚.文章报道了制备针铁矿(α-FeOOH)纳米微粒的一种新颖方法,即凝胶网格沉淀法,它以FeCl3为反应铁盐;明胶为反应介质,可避免沉淀颗粒凝聚成闭.与共沉淀方法比较.它可制得分散均匀、大小均一的α-FeOOH纳米微粒;同时,利用光谱分析手段考察了明胶含量和FeCl3浓度对产物结晶度、颗粒形貌及粒径的影响,结果表明,其他条件一致时,在适宜的明胶含量(12%)和FeCl3浓度(0.6 mol.L1)下所制备的α-FeOOH颗粒分散性最好,为短棒状纳米晶体,颗粒轴跃约110 nm,直径平均约为35 nm,可见,该法合成α-FeOOH的颗粒形貌、大小与凝胶网格结构有关.     

掺Pyridine-1有机改性硅凝胶制备及其性质

用正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ）和甲基三甲氧基硅烷（ＭＴＭＳ）为共先驱体，采用溶胶－凝胶工艺制备了掺Ｐｙｒｉｄｉｎｅ－１的有机改性硅凝胶。用差热分析（ＤＴＡ）和ＦＴＩＲ研究了凝胶的热稳定性和结构。测定了凝胶的吸收光谱和荧光光谱。     

热处理对富硅氧化硅薄膜中硅纳米晶形成的影响

采用磁控溅射法制备了富硅氧化硅薄膜, 然后分别经过一步热处理、两步热处理和快速热处理制备了镶嵌有硅纳米晶的氧化硅薄膜. 实验结果表明, 在硅含量为～ 42.63 at.%的富硅氧化硅薄膜中, 三种热处理均能形成10¹²/cm²量级的硅纳米晶. 其中在两步热处理中, 硅纳米晶的密度最高, 达到2.2× 10¹²/cm², 并且尺寸均匀、结晶完整性好; 一步热处理后的样品中, 硅纳米晶密度较低, 并且部分纳米晶结晶不充分; 快速热处理后的样品中, 硅纳米晶密度最低、尺寸分布不均匀, 并且存在孪晶结构. 分析认为, 热处理初始阶段的形核过程对纳米晶的密度及微观结构有着重要的影响, 两步热处理中的低温段促进了纳米晶的成核, 有助于形成高密度高质量硅纳米晶.     

气凝胶单元体模型结构参数与等效热导率研究

本文基于二氧化硅气凝胶的微观结构特点,运用小球构成的立方阵列单元体纳米孔隙模型,结合固相导热和气相传热的尺度效应,计算得到了一定尺寸范围内材料的等效热导率,分析了材料密度、颗粒接触面积、材料比表面积等因素对材料等效热导率的影响。结果表明:存在使气凝胶等效热导率取最小值的最佳密度;在一定的密度范围内,孔隙率一定时,材料的等效热导率随比表面积的增大而减小;颗粒间接触界面直径与固相颗粒直径的比值越大,等效热导率越低,在该比值一定时,气孔的尺寸和分布成为影响模型等效热导率的关键因素。     

聚丙烯酰胺/纳米SiO2复合凝胶的制备及初步研究

利用原位自由基聚合方法合成了聚丙烯酰胺/纳米SiO2复合凝胶,并用红外光谱测定了凝胶化过程中几个典型的反应阶段的红外光谱图,结果表明,复合材料在凝胶化过程中,不仅存在聚合交联反应,同时内部还可能有氢键的形成或其他一些化学作用.用光学显微镜观察了不同纳米粒子含量的复合凝胶的表面形貌,研究表明,纳米粒子在凝胶中并没有出现团聚,表面仍为均匀体系.     

纳米粒子修饰硅胶整体柱的制备及其在柱表面增强拉曼光谱应用研究

通过溶胶-凝胶法以四甲氧基硅烷(TMOS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)作为混合的前体,聚乙二醇(PEG)为致孔剂,制备了具有贯通孔道结构的双孔硅胶整体柱,采用3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MTPMS)对硅胶整体柱表面进行巯基化修饰后,分别将金、 银纳米粒子组装在整体柱材料表面。 利用透射电子显微镜(TEM)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、 扫描电子显微镜(SEM)对金、 银纳米粒子形貌、 吸收光谱及组装金、 银纳米粒子前后整体柱的形貌进行了表征。 以对巯基苯胺(PATP)为探针分子,分别采用波长为633和532 nm的激发光作为激发光源,研究金和银纳米粒子修饰的硅胶整体柱的在柱表面增强拉曼光谱(SERS)性能。 结果表明,该基底呈现出很强的SERS活性,结合整体柱的分离富集优势将在食品/环境领域现场痕量检测方面具有广泛的应用前景。     

新型溶胶-凝胶二氧化硅微孔增透膜的制备及性能研究

以正硅酸乙酯为前驱体,二甲基二乙氧基硅烷为造孔剂,采用溶胶凝胶技术在酸催化条件下制备了二氧化硅溶胶;采用提拉法在K9玻璃基片上双面镀膜,经500 ℃热处理,制备得到一种新型单层微孔二氧化硅增透膜。通过改变造孔剂加入量,膜层峰值透过率可达到99.7％,而硬度仍保持在2H以上,同时具有良好的耐摩擦性及粘附性。加速腐蚀实验表明,膜层的环境稳定性是常规膜层的10倍以上。由于该新型增透膜兼具高透过率、良好的机械性能以及很强的环境稳定性,因而在改善太阳能玻璃增透性能方面有极大的应用价值。     

K+和Al3+掺杂对掺Er3+溶胶凝胶玻璃发光特性的影响

通过Sol-gel(溶胶-凝胶)技术,首次将Al3 离子和K 离子同时引入到掺Er3 硅酸盐玻璃中,并测定了硅基玻璃中Er3 离子的吸收光谱、透射光谱、光致发光光谱(PL谱)、上转换光谱、拉曼光谱及荧光寿命.结果显示:掺入的Al3 离子和K 离子不但分别使Er3 离子的荧光强度增强20倍和70倍,而且使Er3 离子在1 532 nm处的荧光寿命从4.8 ms延长至7.1和11.2 ms,但经过进一步分析可知两者对其的影响机制却完全不同;同时作者发现,在980 nm波长激发下,Er3 离子的上转换荧光应该同时存在两种发光机制:双光子吸收和能量传递上转换.     

有序介孔SiO2的制备及其在色谱填料方面的应用

利用水热合成方法,在低浓度盐酸下用三嵌段共聚物EO106PO70EO106（F127）作为模板剂,在100℃,130℃和150℃的条件下,制备了3种笼型介孔二氧化硅.通过粉末N2气吸附-脱附实验表征其孔径（PD）及比表面积（BET）、扫描电镜（SEM）观察其表面形貌、透射电子显微镜（TEM）分析其微观结构;通过表征结果分析,该材料具有笼型介孔结构.同时,将该介孔材料应用在色谱分离方面,对氯苯,苯乙烯,1,2-二苯乙烯,联苯4种物质混合物进行分离,与其他多种二氧化硅材料比较,150℃的条件下合成的KIT-5-150分离效果最好.     

硅包覆上转换纳米晶制备和表征及生物特异性标记研究

以NaYF₄为代表的上转换纳米晶作为细胞及组织标记的研究越来越热。但易团聚,水溶性、生物兼容性差,没有与生物偶联官能团等缺点限制了其应用,因而表面修饰显得尤为重要。作者通过水热和共沉淀相结合方法,制备了NaYF₄∶Yb3+, Er3+上转换纳米晶,并对其包覆二氧化硅壳层。SEM表征硅包覆前后分别为25和250 nm的单分散粒子,说明硅已成功地包覆于纳米晶表面。980 nm激光照射下,样品的PBS胶体溶液呈可视上转换绿光。上转换荧光光谱和寿命均表明二氧化硅壳层对其发光性质影响很小。圆二色谱说明蛋白分子通过戊二醛与纳米晶偶联前后的二级结构基本不变。基于硅片上的抗原抗体荧光免疫识别试验进一步验证了偶联蛋白分子的特异性,表明该上转换纳米晶适合于生物标记。     

一种新型光谱多元分析模式识别方法

SIMCA采用PCA模型参数和F检验构造计算T2_i/T2_ucl和S_i/Q统计量作为样本分类的新属性,并计算待测样本到各类主成分空间的欧式距离作为判别类别的依据,是一种最常用和优秀的光谱分类方法。但是,在Q对T2作图平面上,以欧式距离确定的样本分布范围是一个圆,多数情况下并不一定能符合实际样本分布规律。本文在分析了SIMCA理论缺陷的基础上,提出了一种新方法,即用马氏距离代替欧氏距离作为判别依据来判断样本的类别。并设计了采用红外光谱判别组分比例很接近的掺假食用油样本的实验,以及用近红外光谱判别相近皮毛样本的实验。用调和比5%～8%的食用油红外光谱PCA模型,分别以马氏距离和欧式距离计算出其样本的分布范围,结果表明马氏距离的分类与识别能力更强。新方法和SIMCA对动物皮毛样本的正确识别率分别为87.5%和75%,对比例相近的食用油调和油的正确识别率分别为65%和55%。结果表明新方法对化学组成差异微小的样品分类精度明显优于SIMCA。     

纳米NiO的制备及其谱学特性研究

以醋酸镍、氢氧化钠为原料,吐温80为分散剂,通过固相反应制备了纳米级NiO。 用X射线衍射仪、透射电子显微镜、傅里叶红外光谱、紫外-可见分光光度等方法对材料的粒径、晶格畸变率、形貌以及红外、紫外-可见光的吸收性能进行了表征。结果表明：制得的纳米NiO产物为球形、属立方晶系,粒径大小在9～30 nm左右;晶格畸变率随粒径的增大而减小;纳米NiO红外吸收峰出现在437 cm-1处,与普通粒径的NiO光谱纯(484 cm-1)相比,其吸收峰红移了47 cm-1,体现了纳米NiO的表面效应;不同粒径大小的NiO对紫外-可见光的吸收特性不同。普通粒径的NiO光谱纯在紫外-可见光区域没有吸收,颗粒尺寸越小吸收波长越短,10 nm NiO的紫外-可见光吸收峰位于309 nm处,直接跃迁的光学能带隙约为4.2 eV,比体相材料(3.65 eV)增加0.55 eV,表现出明显的量子尺寸效应。对纳米NiO的谱学特性研究表明该材料在光电领域具有潜在的应用价值。     

水蒸气对二氧化硅膜的影响：吸附性能与渗流效应

研究了在50和90 oC时水蒸气对孔径约为4 ?的二氧化硅膜的吸附性能和渗流效应影响,采用椭圆偏振光谱分析水蒸气的吸附性能,以及测定氦气-H₂O二元混合气体的透过性能. 研究表明水蒸气在二氧化硅膜上的吸附行为符合一阶Langmuir等温线,同时,在H₂O分子存在的条件下,氦气的透过率会急剧下降. 通常,在极小孔内气体分子的传输被认为是不连续的,而是在势能下从一个占有位置跳跃到另外一个空位上. 当在二氧化硅表面的H₂O分子覆盖率上升时,氦气的透过率急剧下降可能与渗流效应有关,其中吸附在二氧化硅表面的H₂O分子阻碍了氦气分子的跳跃.     

二氧化硅吸附铝离子的X射线光电子能谱(XPS)表征

用X射线光电子能谱技术研究了不同pH条件下二氧化硅对铝离子的吸附作用。在pH分别为3.74、4.25和4.88条件下,吸附在二氧化硅表面的铝离子的Al2p电子结合能依次为74.30、74.90、75.10eV。根据Al3 在水溶液中的一级水解常数pK1=4.99,认为在pH=3.74条件下,吸附在二氧化硅表面的铝离子的形态为Al3 ,而在其余两种pH条件下表面铝离子的形态为Al(OH)2 。