单分散二氧化硅以及四氧化三铁/二氧化硅复合颗粒的制备

摘要

在过去的数十年内，纳米技术取得了长足的进步。单分散的纳米材料，由于其狭窄的尺寸分布，可以自组装形成一种特殊的晶体：光子晶体。其中，用来组装光子晶体的常用材料之一为二氧化硅。单分散性良好的无机纳米材料二氧化硅可通过经典Stober法制备，其在动力学和稳定性物理化学方面有着良好的应用，同时，在涂料，感光乳剂，化学抛光剂等化工方面也有着广泛的应用。纳米四氧化三铁，除了具有一般纳米材料所具备的量子尺寸效应，宏观量子隧道效应，比表面效应等一系列物理化学方面的特性，还具有超顺磁性的特点，因此在生物医药，生物分离，磁流体，光催化等方面具有广泛的应用，成为磁性纳米材料的研究热点。尽管四氧化三铁纳米颗粒是一种热门的磁性材料，但是，由于纳米颗粒本身具有较大的表面积以及较高的表面能，再加上磁性颗粒之间存在偶极相互吸引作用的影响，因此较无磁性的纳米颗粒更容易在分散液中发生团聚和沉降。在查阅了大量文献的基础上，发现在四氧化三铁表面包覆上一些无机惰性材料(如二氧化硅，金等)或者有机高分子聚合物(如壳聚糖，聚苯乙烯等)可以使四氧化三铁有效的分散在溶液体系中，提高分散稳定性，同时具有良好的水溶性或者油溶性。本文主要探索制备直径可调控的四氧化三铁/二氧化硅复合颗粒。主要工作为以下几方面：
　　 1.利用经典Stober法制备单分散性纳米二氧化硅并进行表面改性。研究前躯体正硅酸四乙酯(TEOS)的纯度对产物二氧化硅单分散性的影响，主要通过扫描电镜表征。在其他实验条件不变的前提下，改变Stober法中醇溶剂的种类，分别使用甲醇，乙醇，异丙醇，发现随着醇分子量的增大，微球的直径变大。在此基础上，对已合成的二氧化硅微球进行表面羧基以及氨基的改性，通过测定经改性与未经改性的纳米粉体的表面电位来指导改性修饰。
　　 2.选用两种不同的改性剂：柠檬酸三钠与硅烷偶联剂KH560对20nm的四氧化三铁进行表面改性，。利用透射电镜、微电泳仪等分别对两种磁流体进行表征，发现选用合适的改性剂能分别制备得到水基磁流体和油基磁流体，并且分析了不同改性剂对纳米四氧化三铁改性的机理。
　　 3.选用上述实验中制得的纳米四氧化三铁水基磁流体，利用Stober法制备复合颗粒，使用透射电镜，X射线粉末衍射仪，微电泳仪等进行表征。发现使用未经改性的四氧化三铁种子制备得到的复合颗粒中，四氧化三铁包覆在二氧化硅微球的表面，而使用经过改性处理后的种子，则能被完整的包覆在二氧化硅微球内。另外，使用不同的磁流体也得到了四氧化三铁包裹二氧化硅的纳米颗粒。