[發明專利]一種珊瑚狀二氧化硅非晶納/微米結構的制備方法

有效

• 申請號: 201410022681.1
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103833039A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 彭志堅;郜楓;符秀麗
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;B82Y40/00;B82Y30/00
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技術領域

本發明涉及一種珊瑚狀二氧化硅非晶納/微米結構的制備方法，屬于材料制備技術領域。

背景技術

自從1991年Iijima發現碳納米管以來，納米材料由于其在物理和電子器件中的應用引起了人們的廣泛關注。納米材料因其特殊的物理效應如表面效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應、庫倫阻塞效應等具有不同于塊體材料的物理化學性質，廣泛應用于化工、微電子器件、精細陶瓷、冶金、軍事、核工業以及醫學或生物工程等諸多領域。在納米材料科學的研究中，納米材料的制備占據著極為重要的地位，對納米材料的微觀結構、性能和應用具有重要的影響。近些年，合成具有可控形貌的納米結構，促進電子器件的微型化和多功能化，已成為人們的研究重點。

納米SiO₂具有獨特的物理各項異性和光電性能各向異性，且生物相容性好，物理和化學穩定性高，比表面積大，載藥量可控，可以裝載各種藥物、蛋白、基因等，作為藥物傳遞載體在國內外受到普遍關注。目前合成SiO₂納米結構的主要方法有：高溫碳熱還原SiO₂粉末、熱蒸發法、激光燒蝕法、化學氣相沉積等，合成得到的結構有團簇狀、螺旋狀、燈籠狀等SiO₂納米線、納米球、納米棒等。

珊瑚狀二氧化硅非晶納/微米結構是納/微米枝狀結構通過相互交聯疊加形成的，枝杈間為空洞，孔隙率高、吸附能力強，可以裝載各種藥物、蛋白、基因等，裝載量大。同時，由于組成當代大規模集成電路的基本器件一般具有3個或3個以上的電極，由于其呈枝狀的結構特點，將在各種電子元器件領域有廣泛的應用前景。此外，這種結構還是一種很好的增強增韌材料，可以作為陶瓷基、金屬基、聚合物基納米復合材料的增強成分從而提高基質材料的力學性能。目前還未見對珊瑚狀二氧化硅非晶納/微米結構的報道。

發明內容

本發明的目的在于提出一種珊瑚狀二氧化硅非晶納/微米結構的制備方法，該方法通過熱解高硅含量的有機聚合物前驅體制備得到高純度的珊瑚狀分枝多孔二氧化硅非晶納/微米結構。該方法具有沉積條件嚴格可控、工藝和設備簡單、成本低廉，所得納/微米結構產量大、純度高、枝杈豐富交聯成珊瑚狀、孔隙率高、比表面積大、吸附能力強等優點。

本發明提出的珊瑚狀二氧化硅非晶納/微米結構的制備方法，其特征在于，所述方法采用催化劑輔助熱解有機前驅體的方法合成珊瑚狀二氧化硅非晶納/微米結構，包括以下步驟：

(1)高硅含量的聚硅氮烷，在高純氮氣、氬氣或者氨氣氣氛下，在180-360℃下經催化或者無催化熱交聯固化0.5-2小時，得到半透明的Si-C-N非晶固體；

(2)將該半透明的Si-C-N非晶固體在瑪瑙容器中搗碎，然后和高耐磨氧化鋯磨球混合，在聚氨酯球磨罐中，在高能球磨機上研磨4-24小時，得到顆粒直徑小于0.2μm的粉末，然后再將催化劑干粉投入到磨細的Si-C-N非晶固體粉末中，繼續研磨0.5-2小時至混合均勻；

(3)將經球磨磨細、混勻的Si-C-N非晶固體和催化劑的混合物粉末放置在剛玉坩堝中，蓋上坩堝蓋，以氮氣、氬氣或者氨氣作載氣和保護氣，快速升溫至最高溫度并保溫數小時，最后自然降溫到室溫，即可在剛玉坩堝中得到大量高純度的珊瑚狀二氧化硅非晶納/微米結構。

在上述制備方法中，所述步驟(1)中的唯一蒸發源為高硅含量的聚硅氮烷。

在上述制備方法中，所述步驟(1)中的聚硅氮烷的硅含量超過15at％。

在上述制備方法中，所述步驟(2)中的交聯固化后的非晶固體在高耐磨容器中、在高耐磨磨球的作用下磨細，不能引入任何其他表面活性顆粒。

在上述制備方法中，所述步驟(2)中的交聯固化后的非晶固體經磨細后，顆粒直徑小于0.2μm。

在上述制備方法中，所述步驟(2)中的催化劑為金屬Fe、Co、Ni、Cu或FeCl₂干粉。

在上述制備方法中，所述步驟(2)中Si-C-N非晶固體粉末和催化劑干粉必須混合均勻。

在上述制備方法中，所述步驟(2)中Si-C-N非晶固體粉末和催化劑干粉混合物中，催化劑的質量百分比為15％到40％。

在上述制備方法中，所述步驟(3)中采用純度較高的氮氣、氬氣或者氨氣作載氣和保護氣，其中氧氣含量在0.05-1.0vol％之間。

在上述制備方法中，所述步驟(3)中的升溫速度為10-50℃/分鐘。

在上述制備方法中，所述步驟(3)中的前驅體熱解的最高溫度為1150-1250℃。