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材料与人类文明期末论文
纳米二氧化硅及其发展前景
纳米二氧化硅及其发展前景
【摘要】纳米二氧化硅是极其重要的高科技超微细无机新材料之一，由于自身的优异特性，纳米二氧化硅可被广泛应用于各个领域，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。这篇论文介绍纳米二氧化硅的性质、制备及其应用范围，并分析其发展前景及商业价值。
【关键词】纳米二氧化硅；介绍；稻壳制备纳米二氧化硅；发展前景；商业价值
经过这段时间对“材料与人类文明”这门课程的学习，我学到了很多关于材料学科的知识，了解到许多与人类生活息息相关的材料学常识，稍稍领略到些许材料学科的风景与魅力，并为此着迷着。作为一名学习会计的学生，或许我以后从事的工作与材料科学联系不大，但这并不影响我对这一学科的兴趣与关注。在这段时间的学习中，我接触了很多种类的材料。其中纳米材料的讲解尤其使我记忆深刻，因此，我在课后查阅了很多有关纳米材料的资料，最终被一篇“我国稻壳制备纳米二氧化硅获国际金奖”的相关报道吸引了眼球，于是我决定仔细了解纳米二氧化硅并将其成果展现于这篇结课论文中。
1.纳米二氧化硅的性质[1]~[3]
纳米二氧化硅，呈三维网状结构，表面存在大量的不饱和残键和不同状态的羟基，这使得纳米二氧化硅表面能高，处于热力学非稳定状态，俗称为“超微细白炭黑”。
纳米二氧化硅是纳米材料中的重要一员，为无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的非金属材料。微结构呈絮状和网状的准颗粒结构，为球形。这种特殊结构使它具有独特的性质：
纳米二氧化硅对波长490 nm以内的紫外线反射率高达70%～80%，将其添加在高分子材料中，可以达到抗紫外线老化和热老化的目的。
纳米二氧化硅的小尺寸效应和宏观量子隧道效应使其产生淤渗作用，可深入到高分子链的不饱和键附近，并和不饱和键的电子云发生作用，改善高分子材料的热、光稳定性和化学稳定性，从而提高产品的抗老化性和耐化学性。
纳米二氧化硅在高温下仍具有强度、韧度和稳定性高的特点，将其分散在材料中，与高分子链结合形成立体网状结构，从而提高材料的强度、弹性等基本性能。
纳米二氧化硅的三维硅石结构、大比表面积、不饱和的配位数，使其对色素离子具有极强的吸附作用，可降低因紫外线照射而造成的色素衰减。/ 5
2.纳米二氧化硅的制备方法
2.1 物理法
物理法一般指机械粉碎法。利用超级气流粉碎机或高能球磨机将二氧化硅,的聚集体粉碎可获得粒径1～5微米的超细产品。该法工艺简单但易带入杂质.粉料特性难以控制，制备效率低且粒径分布较宽。
2.2 化学法
化学法可制得纯净且粒径分布均匀的超细Si02颗粒。化学法包括化学气相沉积(CVD)法、液相法、离子交换法、沉淀法和溶胶凝胶(Sol-Gel)法等。但主要的生产方法还是以四氯化硅为原料的气相法.Ti酸钠和无机酸为原料的沉淀法和以硅酸醋等为原料的溶胶凝胶法。
2.3 纳米二氧化硅的制备新技术——用稻壳制备[4]
水稻是一个纳米硅的生物制造器，我国稻壳制备纳米二氧化硅获国际金奖。
步骤：稻壳—高温热解—浓盐酸—沸水浴蒸干（2次）—移入烘箱—取出冷却—浓盐酸—煮沸—过滤—烘干—灼烧至恒质量—白色颗粒（二氧化硅）
我国是水稻生产大国，产量大，分布地区广，如东北、长江中下游地区以及南方大部分地区。稻壳的价格便宜，100公斤稻壳只要10元左右。且稻壳中富含二氧化硅，主要分布在稻壳的外表内层，颗粒大小为50nm左右，主要是以生物矿化方式、无定形状态存在，在稻壳中占13.0～22.0%。用稻壳制备纳米二氧化硅方法简单，能耗低。而且,用稻壳制备纳米二氧化硅不仅可以充分利用稻壳这种农业垃圾,减少环境污染,并且具有重要的开发价值,[5] 成为一种新的可再生资源。3.纳米二氧化硅的生产与应用现状
由于纳米二氧化硅SP30具有小尺寸效应，表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子遂道效应和特殊光、电特性、高磁阻现象、非线性电阻现象以及在高温下仍具 的高强、高韧、稳定性好等奇异性，纳米二氧化硅可广泛应用各个领域，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。
3.1 在涂料领域
纳米二氧化硅（SP30）具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能在涂料 干燥时形成网状结构，同时增加了涂料的强度和光洁度，而且提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不退色。
纳米氧化硅（同VK-SP30）添加到涂料中能对涂料形成屏 蔽作用，达到抗紫外老化和热老化的目的，同时增加了涂料的隔热性，徐国财等通过纳米微粒填充法，将纳米氧化硅/ 5
作掺杂到紫外光同化涂料中，明显地提高了紫外光固化涂料的硬度和附着力，还减弱了紫外光同化涂料吸收 UV辐射的程度，从而降低了紫外光同化涂料的同化速度。
3.2 在纺织领域
目前，人们已将纳米二氧化硅应用到防紫外、远红外、抗菌消臭、抗老化等方面。例如，以纳米二氧化硅（同VK-SP30F）和纳米二氧化钛（T25F）的适当配比而成的复合粉体是抗紫外辐射纤维的重要添剂。
3.3 在杀菌剂领域
纳米二氧化硅具有生理惰性、高吸附性，在杀菌剂的制备中常用作载体，当纳米二氧化硅作载体时，可吸附抗菌离子，达到杀菌抗菌的目的，在报道可用于冰箱外壳、电脑键盘等的制造。
3.4 在催化领域
纳米二氧化硅的比表面积大、孔隙率高、表面活性中心多，在催化剂和催化剂载体方面具有潜在的应用价值。以纳米二氧化硅为基本原料，采和溶胶～凝胶技术，可制备含纳米氧化硅（SP30）的复合氧化物。此复合氧化物为催化剂载体时，对于许多结构敏感反应，将显示出独特的反应性能。反应的催化活性高，选择性好，反应中能长时间保持催化活性。目前，常规二氧化硅(20 ～ 100um)用作作催化剂载体实现工业化生产的报道较多，但纳米二氧化硅（VK-SP30）在此领域实现大规模生产的报道并不多见，应积极开展这方面的研究。
4.纳米二氧化硅的发展前景与商业价值
纳米二氧化硅(SP30)具有高的表面能和吸附性质，有良好的稳定性及生物亲和性，可作为新型传感器；利用纳米二氧化硅无毒、无味、无污染以及耐蚀、可增强、增韧的特性，可大大地提高了人造牙齿的硬度及强度，也改善了其韧性。将纳米二氧化硅(SP30)应用于电刷镀工艺中，提高镀层的力学性能、改善镀层的微动磨损性能；纳米二氧化硅可用于油墨中作为分散剂和流量控制剂；在护肤产品、电子组装材料、隔热材料等方面都有着重要的应用，甚至能节约能源、保护环境。
纳米二氧化硅(SP30)作为纳米材料家族中的一员，对其开发具有重要的实际意义。我国纳米材料的研究已取得许多成果，但纳米二氧化硅的应用才刚刚起步，随着对纳米二氧化硅研究的深入，应用领域的扩宽，纳米二氧化硅(SP30)会进一步工业化，纳米二氧化硅（SP30）材料也必然引起更多的关注，必将开辟更加广阔的应用前景。【参考文献】
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[3] M.Karelson, V.S.Lobanov, A.R.Katritzky.Quantum chemical descriptors in QSAR/QSPR studies[J].Chem.Rev., 1996, 96: 1027-1044.[4] 郑典模，张晓婕，刘小梅．稻壳制备纳米二氧化硅新工艺研究[D].南昌大学环境与化学工程学院，2010.[5] 阮长青，马军喜，崔素萍，等.稻壳沉淀法制备白炭黑工艺的研究[J].黑龙江八一农垦大学学报,2005,17(2):63-66./ 5
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