毕业论文——二氧化硅颗粒在Stober过程中成熟的研究
8页1、二氧化硅颗粒在Stober过程中成熟的研究摘要:本研究采用溶胶-凝胶法合成了亚微米级单分散二氧化硅粒子数(从Stober过程修改)。该反应经历在碱性条件下固结和四乙酯(TEOS)的水解。在反应过程中,SiO2粒子经历成核和生长的第一阶段,然后开始成熟颗粒。在第二阶段的大小的生长动力学可以很好的描述和Ostwald熟化,合成温度密切相关。在反应温度的关系下,对催化剂和反应物的生长现象的影响也有报道。关键词:溶胶-凝胶法;二氧化硅;成熟;单一尺寸1 绪论最新报告在光子带隙(PBG)晶体的制备中得到单一尺寸的SiO2粒子获得了陶艺家的关注。从本质上讲,该方法通过Stober等1人报道中最重要的工作是讨论亚微米单分散二氧化硅粒子的合成。他们用各种浓度的TEOS,醇作为反应溶剂,并将氨溶液作为一个基本的催化水解液。该方法可以改进的尺寸均匀性更好,可以很容易地控制合成各种单一尺寸的SiO2粒子。Tan et a12和我们以前的结果3已经证明的浴温度变化的可能性大小(20 600C),和酒精溶剂(甲醇,乙醇,正丙醇的类型,和正丁醇)。结果表明,随着合成温度的颗粒尺寸的减小。根据一个合适的解释,提出了
2、水解反应的速率降低,在较低的温度下也可能是有限的单分散粒子的自成核动力学。该颗粒合成的细节被拉默和dinegar 4首先提出。后来,Harris et a1。5,6提出控制SiO2沉淀动力学机制,并通过一个群体平衡模型研究。依我们的研究结果表明机制是通过单体的缩聚和核颗粒的团聚生长(1 5nm)。在PBG结构的球体的安排中陶瓷微球单分散性是一种重要的问题。粒子的缺陷会使二氧化硅蛋白石发光的变差。在这项研究中我们往往量化SiO2颗粒的生长动力学,同时也揭示了每个粒子合成条件的控制因素是非常重要的。2 实验步骤2.1材料和合成有三种化学物质用于Stober工作的溶胶-凝胶法制备SiO2粉体,包括乙醇作为溶剂(中华民国台北,台湾烟草专卖局制造的纯度为95%或日本himakyu纯化学品99.5%超纯试剂)。采用TEOS(德国,默克化工,四乙酯)和氨溶液(日本京都nacalai Tesque,股份有限公司制造的28% NH3)来衡量二氧化硅源和纯化的等级。TEOS首先在乙醇与指定的温度溶解。然后加入作为催化剂的氨溶液到该溶液中进行水化和缩合反应。反应2 h后,单分散二氧化硅粉末沉淀。阻止稀释的S
3、iO2颗粒在乙醇反应。200实验证明粉末总是和乙醇溶液超声破碎反应,之后反复清洗程序洗涤3次。2.2 表征根据marlven 2000仪器(英格兰)来衡量二氧化硅粒径。从反应槽中取出约10毫升的二氧化硅胶体悬浮液,并稀释于800毫升去离子水制备悬浮来测量不同时期二氧化硅的老化时间。用透射电镜直接观察颗粒粒径或采用其他的测量方式(如:JEOL 100cxii、TECNAI 300 kV)。该复合粉末分散在99.5%的乙醇,然后进行铜网格formver /碳膜,最后通过TEM观察发现在干燥后的网格中至少用200的粒子进行计数统计来分析粒径。3 结果与讨论3.1 材料和合成超过200个SiO2颗粒均匀分散于TEM照片中进行测量(如:图1)。通过正硅酸乙酯的比例配方合成的样品均:HN4OH:C2H5OH = 14:17,共取200 毫升在25 0C下反应2 h,然后稀释和清洗在乙醇到终止反应。在精度10 nm左右以0.4%来校准精度测量颗粒的大小。 图1 二氧化硅粒子在合成图TEM的TEOS体积比照片:HN4OH:C2H5OH = 14:17共取200 毫升在25 0下反应2 h,DP = 2
4、99 nm和=8 nm(图2)结果表明,二氧化硅粒子的平均直径均随老化时间的增加而增加,但不同的启动方案,具有不同的TEOS的体积比不同,氨和乙醇和不同的反应温度也不同。同时也指出,颗粒的大小几乎保持不变,随着反应温度大于或等于70 0C。粒子数浓度如图3所示,其浓度达到最大值30 min后,在60 0C下随老化时间合成率降低。经过2小时的老化,SiO2颗粒的形式在大小和形状更均匀。后来的合成阶段似乎表明Ostwald熟化现象。成熟是一种粗化过程发生在几种材料系统。这个过程依赖于曲面的不同的溶解,这是依赖于粒子的大小,并将溶解的物种的小颗粒的大颗粒。随着颗粒尺寸的分布出现Freundlich方程描述,thomposon -平均粒径具有加工时间函数(T): 在a-3-a3老化时间的函数的,D是溶液中溶质的扩散系数,有限是一个平坦的表面上的平衡浓度,Y是表面张力,M是分子量,p是固相密度。 图2 根据SiO2颗粒平均直径计算老化时间并指出了反应液的老化温度 图3 SiO2颗粒在5080 C下单位体积绘制老化时间图4显示了颗粒尺寸在一个合成时间函数(普通)a-3-a3中粒子的生长可分为两个部
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