多孔二氧化硅薄膜的制備及性能研究.pdf

1、特殊浸潤(rùn)性表面由于其具有的優(yōu)異性能而被廣泛應(yīng)用于建筑、防水和醫(yī)用材料等領(lǐng)域，所以近年來(lái)特殊浸潤(rùn)性表面的制備方法成為研究的重點(diǎn)，這對(duì)基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用都具有重要意義。本文采用硅溶膠來(lái)制備具有特殊浸潤(rùn)性的表面，對(duì)硅溶膠的制備工藝和薄膜的制備方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要研究結(jié)論如下:
　　首先，我們采用離子交換法制備了硅溶膠，研究了硅源濃度與所得硅溶膠pH值、雜質(zhì)元素濃度以及二氧化硅顆粒尺寸和形貌的關(guān)系，對(duì)離子交換樹(shù)脂的再生工藝進(jìn)行了摸索

2、。通過(guò)對(duì)硅溶膠制備工藝的研究，確定了硅溶膠應(yīng)用到不同場(chǎng)合的工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硅溶膠用于超親水薄膜的制備時(shí)其pH值調(diào)節(jié)到8.5-10為佳，而且溶膠可以長(zhǎng)時(shí)間保存，避免了薄膜制備過(guò)程中溶膠的重復(fù)制備，且所需硅溶膠濃度較低，克服了濃縮過(guò)程耗能高的缺點(diǎn)。另外，硅溶膠經(jīng)過(guò)疏水改性可以在常溫常壓下制備SiO2氣凝膠，硅溶膠pH值需調(diào)節(jié)到5.0左右，易于凝膠，所以用于超疏水氣凝膠薄膜制備的硅溶膠需要現(xiàn)場(chǎng)制備，不能長(zhǎng)時(shí)間保存。
　　其次，本文通

3、過(guò)離子交換法制備得到pH值介于0.9-3.0之間的酸性硅溶膠，用堿性溶液將溶膠調(diào)節(jié)為堿性，并在其中加入添加劑配制成超親水涂層漿料，涂覆于玻璃表面。通過(guò)對(duì)工藝參數(shù)的優(yōu)化得出制備超親水薄膜的最佳實(shí)驗(yàn)條件為:堿性硅溶膠與乙醇、PEG、F127、松油醇按照體積比為30∶60∶5∶5∶1的比例混合均勻，把洗干凈的載玻片在此漿料中浸漬10s，以2.2 cm/s的速度提拉，在350℃下煅燒2h。其獲得的最佳性能參數(shù)為:硬度5H，厚度40 nm，初始接

4、觸角接近0°，為超親水狀態(tài)，半月后測(cè)量其接觸角為7.2°，接近超親水狀態(tài)。此方法工藝路線簡(jiǎn)單易行、高效、成本低，有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
　　最后，我們對(duì)超疏水SiO2氣凝膠薄膜的制備方法進(jìn)行了探索，通過(guò)對(duì)工藝參數(shù)的優(yōu)化得出制備SiO2氣凝膠薄膜的最佳實(shí)驗(yàn)條件為:采用15％的Na2SiO3制備硅溶膠，然后用堿性溶液調(diào)節(jié)pH值到5.0左右，把洗干凈的載玻片在此溶膠中浸漬10s，以3.0 cm/s的速度提拉，如此浸漬提拉5次，將涂

5、覆了濕凝膠薄膜的載玻片浸入去離子水中60℃老化24 h，然后在HMDSO與鹽酸的混合液中60℃改性12h，常溫常壓干燥。其獲得的性能參數(shù)為接觸角153°，在可見(jiàn)光區(qū)域的透過(guò)率可以達(dá)到92.4％，薄膜厚度均在100nm以內(nèi)，薄膜孔隙率為70％，折射率為1.14，密度為0.7 g/cm3。此方法采用去離子水老化，成本低廉，采用鹽酸與六甲基二硅醚的混合溶液疏水改性，省去昂貴的溶劑替換步驟，工藝簡(jiǎn)單，改性效率高，試劑可以重復(fù)利用，而且環(huán)境污染小