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

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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而,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。
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