纳米二氧化硅生产和应用创新实践文献综述 工商管理专业.doc

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,因其粒径很小，比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。他具有耐高温，同时具备的化学惰性以及特殊的触变性能明显改善橡胶制品的抗拉强度，抗撕裂性和耐磨性，橡胶改良后强度提高数十倍。纳米二氧化硅俗称“超微细白炭黑”，广泛用于各行业作为添加剂、催化剂载体，石油化工，脱色剂，消光剂，橡胶补强剂，塑料充填剂，油墨增稠剂，金属软性磨光剂，绝缘绝热填充剂，高级日用化妆品填料及喷涂材料、医药、环保等各种领域。由于纳米二氧化硅具有小尺寸效应 ，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有高强、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。 关键词：改性纳米二氧化硅; 复合聚合物电解质; 电化学性能 Abstract Nano silicon dioxide is extremely important, one of the high-tech superfine inorganic new materials because of its size is very small, specific surface area, surface adsorption force, surface energy, high chemical purity, good dispersion performance, heat resistance, resistance has specific performance, with its excellent stability, reinforcing, thickening and thixotropic, and unique features in the field of the academic disciplines, having the effect that cannot replace.He has a high temperature resistant, at the same time, special chemical inertness and thixotropic properties significantly improve the tensile strength of rubber products, tear resistance and abrasion resistance, rubber modified strength improved dozens of times.Nano silicon dioxide commonly known as \"ultra thin white carbon black\", is widely used in various industries as additive, catalyst carrier, petrochemical industry, decoloring agent, matting agent, rubber reinforcing agent, plastic filling agent, ink thickener, soft metal polishing agent, insulation insulation filler, senior daily cosmetics packing and spraying materials, medicine, environmental protection and other fields.Interface because the nano silicon dioxide has small size effect, surface effect, quantum size effect and macroscopic quantum tunnel effect and special optical, electrical properties and high magnetic resistance phenomenon, nonlinear resistance phenomenon, and still has a high strength at high temperatures, Gao Ren, good stability and singularity, nanometer silicon dioxide can be widely applied fields, have broad application prospect and huge commercial value. Key Words: Modified nano silica; Composite polymer electrolyte; Electrochemical property 目 录 摘 要 I Abstract II 1. 课题的目的和意义 1 1.1 课题的目的 1 1.2 课题的意义 1 2. 课题背景 2 3. 文献综述 3 3.1纳米二氧化硅的基本性能 3 3.2 纳米二氧化硅的生产方式 4 3.3 纳米二氧化硅的应用 4 4. 本领域存在的问题 8 5．本课题主要研究内容 9 6．研究方案 10 参考文献 13 不要删除行尾的分节符，此行不会被打印 第 III 页 1. 课题的目的和意义 1.1 课题的目的 为了提高聚合物电解质离子电导率，人们探索最为常用的两种方法，但仍然存在问题如下：（1）在聚合物电解质体系中加入有机小分子增塑剂，虽然可提高离子电导率，但却降低了自身的机械稳定性；(2)有机溶剂的引入也增加了聚合物电解质与电极反应的可能性。所以目前这两种方法还都无法达到实际应用的要求，我计划通过化学方法将具有增塑效果的环状碳酸酯基团引入纳米SiO2表面，并将其添加到以PEO为基体的聚合物电解质中，对该体系进行电化学性能研究。 1.2 课题的意义 纳米SiO2复合聚合物电解质的改性方法有多种，而CSPE制备主要还是采用将聚合物基体、无机粒子和锂盐在有机溶剂中搅拌，机械混合的方法，由于无机纳米粒子表面能高,易聚集成团,且表面亲水疏油，在有机介质中难于分散均匀，从而降低了其对聚合物电解质的改性效果。近年来，在制备高性能聚合物基复合材料领域，原位复合法或称现场复合或在位复合受到研究者的重视。考虑采用原位复合法，有可能通过改变制备条件(空间限制条件、反应动力学因素、热力学因素等)实现对复合体系中无机单元的初级结构尺寸及其分布、形状等和次级结构无机粒子在基体中的分散状态等的控制，制备出无机粒子分散均匀、粒径较小的复合材料，提高复合材料的相关性能。 2. 课题背景 20世纪70年代，Wright等［4］首次报道聚氧化乙烯(PEO)。碱金属盐复合物具有离子导电性，随后Armand等［5］提出PEO碱金属盐配合物可作为新型可充电电池的电解质。目前聚合物电解质在室温条件下，体系中晶态结构所占比例较高，锂离子运动受到限制，使离子电导率较低，限制其实际应用，因此对聚合物电解质性能的优化已成为锂离子电池领域热点研究课题之一［6］。将原位复合法引入到CSPE制备中，即在聚合物PEO中加入正硅酸乙酯，使得在聚合物基体中原位生成无机粒子。从实验的结果中看，原位复合法制备的CSPE中生成了纳米级无机粒子且分布十分的均匀。原位复合法包括两种制备技术,一种方法是利用Sol-gel法技术使前驱体通过水解反应在聚合物基体中原位生成无机物粒子,称之为Sol-gel复合法。另一种方法是将单体与前驱体混和单体聚合反应与前驱体水解反应同时进行,称之为原位聚合复合法。 3. 文献综述 1984年Roy和Kormarneni[7]首次提出了纳米复合材料的概念，纳米复合材料也就是纳米级尺寸均匀分散于聚合物的复合体系。由于纳米复合材料的分散相与基体相之间的界面积很大，如果分散相和基体相的性质充分结合起来将大大改进和提高材料的各种力学性质，因为纳米无机粒子，不同于一般无机粒子，它对材料既增强又增韧。 纳米颗粒由于其尺寸小、比表面积非常大而表现出与常规微米级材料截然不同的性质。在与聚合物复合时，纳米颗粒的表面效应、小尺寸效应、量子效应以及协同效应，将使复合材料的综合性能有极大的提高[8]。这种复合材料既有高分子材料本身的优点，又兼备了纳米粒子的特异属性，因而使其在力学、催化、功能材料（光、电、磁、敏感）等领域内得到应用。因此纳米复合材料的研究己经成为材料学科研究的热点，其中有机无机纳米复合材料正在成为一个新兴的极富生命力的研究领域，吸引着众多研究者。这种材料有别于通常的聚合物无机填料体系，并不是无机相与有机相简单加和，而是由无机相和有机相在纳米至微米范围内结合形成，两相界面间存在着较强或较弱化学（键范德华力、氢键）。[9-10] 3.1纳米二氧化硅的基本性能 CAS NO:112 945-52-5,分子式:SiO2.白色蓬松粉沫，多孔性，无毒无味无污染，耐高温。同时它具备的化学惰性以及特殊的触变性能明显改善橡胶制品的抗拉强度，抗撕裂性和耐磨性，橡胶改良后强度提高数十倍。液体系统、粘合剂、聚合物等的流变性与触变性控制、用作防沉、增稠、防流的助剂、HCR与RTV-2K[10]硅酮橡胶的补强、可用来调节自由流动和作为抗结块剂来改善粉末性质等等。[11] 3.1.1 纳米二氧化硅的性能特点 （1）亲水性纳米二氧化硅 亲水性纳米二氧化硅是通过挥发性氯硅烷在氢氧焰中水解而制得的。从化学角度看，这些松散的白色粉末由高纯度的无定形二氧化硅构成。亲水性二氧化硅可用水润湿，并能在水中分散。除了在传统工业领域，如聚酯、有机硅、油漆和涂料中应用外，亲水性纳米二氧化硅产品越来越多的成功应用于高科技领域中。气相法二氧化硅的纳米粒子特性和高纯度使其在电子和光纤工业中的应用起了主导作用。亲水性纳米二氧化硅产品经×射线分析具有无定形结构。根据市场和应用领域不同，我们可以提供不同粒径的原生颗粒和不同比表面积的产品。一些纳米二氧化硅产品可以压缩后供货，一些产品是医药级的[12]。 （2）疏水性纳米二氧化硅 疏水性纳米二氧化硅是通过亲水性纳米二氧化硅与活性硅烷（例如氯硅烷或六甲基二硅胺烷）发生化学反应而制得。它具有疏水性（憎水性），而且不能在水中分散。为了解决工业中一些特殊的技术问题，各种型号的疏水性纳米二氧化硅被研发出来。如通过用硅烷或硅氧烷处理改性亲水级别的气相法二氧化硅生产疏水性的气相法二氧化硅，在最终的产品中，化学处理剂以化学键方式结合在原来的亲水性氧化物上。除了亲水性产品的上述优点外，疏水性纳米二氧化硅产品的特点是：低吸湿性、很好的分散性、即使对于极性体系也有流变调节能力。有些产品，在疏水处理的基础上再经过结构改性，可为客户研发新产品和提高产品的性能提供进一步的帮助。例如：在液体体系中，疏水性纳米二氧化硅可以达到高添加量，而对体系的粘度影响很小[13]。 3.2 纳米二氧化硅的生产方式 气相法，又称热解法、干法或燃烧法。[14]其原料一般为四氯化硅、氧气（或空气）和氢气，高温下反应而成。反应式为： SiCl4+ 2H2+ O2—>SiO2+4HCl (3-1) 空气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉。将四氯化硅原料送至精馏塔精馏后，在蒸发器中加热蒸发，并以干燥、过滤后的空气为载体，送至合成水解