二氧化硅工艺规程
编码：
产品工艺规程
二氧化硅
Eryanghuagui
2011－10月制定
山西驭龙制藥有限公司
山西驭龙制药有限公司
二氧化硅工艺规程
颁发部门：
修订草人：审核人：批准人：质量部
生效日期：
起草日期：审核日期：批准日期：
分发部门质量部、生产部、综合辅料车间
变更摘要：
1、目的、范围及责任
目的：制订二氧化硅生产工艺规程，以提供生产车间组织生产和进行生产操作的依据。适用范围：二氧化硅的生产。
责任：生产车间按该工艺规程组织生产和按该规程编制标准操作程序，生产技术部、质量部负责监督该规程的实施。
2、引用标准
2.1中华人民共和国药典（2010版）二部
3、产品名称及剂型：
3.1产品名称：二氧化硅
3.2汉语拼音：Eryanghuagui
3.3剂型：药用辅料
4、产品概述：
4.1性状：本品为白色疏松的粉末；无臭、无味。
4.2用途：助流剂和助悬剂。
4.3包装规格：25kg/袋。
4.6有效期：24个月。
4.7贮藏：密闭保存。
5. 产品处方：
5.1工艺处方
粗品二氧化硅100g
共制成 97.5g
5.2 生产处方：
粗品二氧化硅 1026kg
共制成 1000kg
6.工艺流程图 6.1. 工艺流程
120℃ 40分钟
120目
7、制剂操作过程和工艺条件
7.1取工艺处方中粗品二氧化硅至灭菌罐中，加温至120℃灭菌40分钟，再过120目的筛粉碎，即得。 8、批 量
8.1 根据我公司综合辅料车间不锈钢炒锅的空白物料验证，结合本公司实际情况，试生产批量定为1吨，符合GMP 规范的批量划分原则。 8.2 每 批：1吨。 9、生产工艺及操作要求 9.1原料处理：
9.2备 料：按批生产指令批用料量进行备料，准确称取粗品二氧化硅1000kg ， 贴上状态标志，并作好记录。 9.3灭菌
将物料放入灭菌罐中，设定灭菌温度为120℃，灭菌时间控制40分钟。灭菌过程中要随时注意观察容器内物料情况，并不断搅拌，防止结块。每次开机前，检查无误后，方可进行干燥操作。换品种清场时，要彻底清洗。干燥完毕的物料装入到不锈钢桶中，称重，挂上
粗品二氧化硅 包 装
过 筛 充氮
灭菌
粉 碎
物料卡，标明品名、批号、数量等，填写生产记录。
9.4 筛分：过120目的筛。筛分完后做中间体检验。过不了筛的物料回收。
9.5 内包装：
核对聚乙烯塑料膜袋名、数量、检验单、包药规格与模具是否相符，核对无误后，按《BGL-101包装机标准操作规程》操作。检查热缩机可以正常运转后，开始包装。
9.6 外包装：外包装前核对药品品名与包装物是否相符，核对内包装的检验报告单及产品批号、生产日期和有效期至等印字是否准确、清晰。核对无误后按《GK35-6A袋口缝包机标准操作规程》操作，检查机器可以正常运转后，开始包装。
9.7入库：将检验合格的成品登记品名、批号、数量，缴入成品库，放置指定地点，批与批之间，不同品种之间应有明显界限不得混放。
10、质量监控
工序监控点监控项目监控频次
备料原辅料检验合格证、规格每批称量校验证、衡器、数量每次
灭菌粉末温度、水分随时/班筛分粉末过120目随时/班包装粉末温度、压合、封包1-2次/班入库成品整洁，分区，数量每批
11.工艺卫生和环境卫生
11.1 工艺卫生
人员进入不同生产区必须按相应的工作服更衣标准操作规程进行洗手、更衣、消毒方可进入相应生产区域。
物料进入不同生产区须按物料进入相应生产区域的标准操作规程从各自通道进入生产区。
备料、灭菌、筛分、内包装在洁净区内进行，外包装在一般生产区进行。 工场内墙壁、地面、天花板应平整、光滑，门窗应严密，并保持清洁。 工作前作好清洁，保持窗户明亮，无尘，地面无积水，无杂物，无与生产无关物品。
备料、、灭菌、筛分、内包装岗位工作服必须每周换洗两次，外包装岗位工作服每周换洗一次。
生产设备应保持清洁、无油、无尘埃，无跑、冒、滴、漏现象，所有生产
设备均需持有卫生状态标识和运行状态标识卡。
11.2 环境卫生
11.2.1一般生产区
地面整洁，门窗玻璃、墙面、顶棚洁净完好，设备、管道、管线排列整齐并包扎光洁，无跑、冒、滴、漏现象，定期清洁、维修并记录。
设备、容器、工具按定置管理要求放置，并符合清洗标准。
生产场所不得吸烟，吃食品，不得存放与生产无关的物品和私人杂物。不得大声喧哗。
11.2.2 30万级洁净区
除符合以上一般生产区的要求外，还必须做到设备、容器、工具、管道保持清洁，经常消毒。
生产物料未彻底清洁前不得进入洁净区。
区域内的温、湿度控制应符合GMP的规定,一般温度为18-26℃，湿度45～65%。
质量部要指定专人定期检查本区域工艺卫生及洁净度，检查后并记录。
12.本产品工艺规程所需SOP名称和要求
12.1.本产品工艺规程所需SOP
编号SOP名称
粉筛岗位标准操作规程
灭菌岗位标准操作规程
外包装岗位标准操作规程
内包装岗位标准操作规程
产品批号打印岗位标准操作规程
电子秤标准操作规程
不锈钢反应釜标准操作规程
纯化水设备操作规程
振动筛机操作规程
袋口缝包机操作规程
热缩机操作规程
包装机操作规程
不锈钢反应釜清洁消毒标准操作规程
交接班管理规程
12.2 要求
生产操作员应按照岗位SOP所规定的内容操作。
QA人员、生产管理员须依照相应SOP规定项对生产过程严格监控。13. 原辅材料、中间产品、成品质量标准和技术参数及贮存条件。
13.1、原辅料质量标准、贮存条件及复检前最长储存期
品名执行标准贮存复检前最长贮存期粗品二氧化硅HG2791-1996遮光，密封保存2年
13.2、半成品质量标准、成品法定标准、企业内控标准及依据：
13.2.1粗品二氧化硅质量标准
检验项目半成品质量标准
性状应为乳白色的均匀粉末
干燥失重减失重量不得过5.0%
炽灼残渣减失重量不得过干燥品重量的8.5%
重金属含量不得过0.003%
铅含量含量不得过0.001%
砷盐应符合规定（0.0003%）
可溶性解离盐不得过4%
含量按炽灼品计算，含SiO
2
应不少于99.0% 贮存及贮存期限置干燥处保存，贮存期限3个月。
13.2.3二氧化硅成品法定标准、企业内控标准及依据
检验项目法定标准内控标准批生产记录管理规程
30万级洁净区清洁消毒标准操作规程
地漏清洁、消毒规程
电子秤保养规程
不锈钢炒锅保养规程
纯化水设备维护保养规程
振动筛机维护保养规程
袋口缝包机维护保养规程
水冷式螺杆机组维护保养规程
热缩机维护保养规程
包装机维护保养规程
性状本品为白色疏松的粉末本品为白色疏松的粉末鉴别1、应呈正反应1、应呈正反应
检查
粒度
通过七号筛（125um）的样品量应不
低于供试量的85%
通过七号筛（125um）的样品量应不
低于供试量的85%
氯化物
与标准氯化钠溶液10.0ml制成的对
照液比较，不得更浓（0.10%）
与标准氯化钠溶液10.0ml制成的对
照液比较，不得更浓（0.10%）
硫酸盐
与标准硫酸钾溶液5.0ml制成的对
照液比较，不得更浓（0.5%）
与标准硫酸钾溶液5.0ml制成的对
照液比较，不得更浓（0.5%）
铁盐
与标准铁溶液3.0ml制成的对照液
比较，不得过更深（0.015%）
与标准铁溶液3.0ml制成的对照液
比较，不得过更深（0.015%）
干燥失重减失重量不得过5.0% 减失重量不得过5.0%
重金属含重金属不得过百万分之三十含重金属不得过百万分之三十
砷盐应符合规定应符合规定
炽灼残渣减失重量不得过干燥品重量的8.5% 减失重量不得过干燥品重量的8.5% 酸碱度PH值应为5.0～7.0 PH值应为5.0～7.0
含量按炽灼品计算，含SiO2应不少于99.0%
按炽灼品计算，含SiO2应不少于
99.0%
贮藏密闭、干燥处贮存
13.2.4包装材料质量标准及内包材
包装材料执行标准
聚乙烯塑料膜YBB00072005
聚乙烯塑料袋GB/T 8946-1998
14.所需进行验证关键工序及工艺验证具体要求
类别序号名称主要验证内容
工艺1 设备清洗物理检查、残留量、微生物限度验证、清洁效期验证
2 产品工艺粉碎、细分、灭菌、包装验证
15、原辅料消耗定额
原辅料利用率≥95%
品名定额%
粗品二氧化硅 1
16、包装材料消耗定额：每1吨（40袋）
包装物名称单位理论用量消耗率%
聚乙烯塑料膜个40 0.1%
聚乙烯塑料袋个40 0.1%
17、物料平衡
17.1筛分工序
平衡计算：
实出量+剩余量
领用总量×100%
要求限度：99%≤限度≤100%
17.2包装工序
平衡计算：
包装品量+剩余量
待包装总量×100%
要求限度：99%≤限度≤100%
17.3总成品率
实际总成品数
理论总成品数×100%
要求限度：≥95%
17.4要求
收率：如超出上述范围，应查明原因，在小偏差范围内，应及时上报车间主任和QA监督员进行处理，并填写偏差记录；出现较大偏差时，应及时上报生产技术部和质量部进行处理。
平衡：当包装材料平衡率和产品平衡率不在此范围内时，应查及时明原因，填写偏差记录，并上报生产技术部和质量部进行处理。
18.设备一览表及生产能力
名称型号生产能力数量
包装称BGL-101 120袋/小时 1 袋口缝包机GK35-6A120袋/小时 1
纯化水设备FSJ42R-2XB 2000kg/次 1 不锈钢反应釜CG300 500kg/次 1 振动筛机S49-500-S 2000kg/小时 1
19. 技术安全及劳动保护
19.1设备安全
19.1.1一切带压力的设备均应定期检查，压力表、安全阀是否灵敏可靠，设备均不得超负荷工作。
19.1.2 各种机械设备应定时维护保养。
19.1.3机械运转部位严禁摆放其它物品。且运转时操作人员不得离开工作岗位，如发现问题及时停机，向车间领导反应，加以解决。
19.1.4机械设备检修时，应切断电源及其与电源有关管道（如水等），以免发生意外。
19.1.5新工人到车间上岗，必须进行技术安全教育，由车间指定专人带2-3个月，经车间岗位技术考核合格后方可单独上岗操作。
19.2安全用电
19.2.1线路应保证完好，不得有任何裸露，以防发生意外事故。
电闸（开关）附近严禁摆放其它物品。各种电器设备均应防止受潮漏电。
19.2.2所有电器设备禁止非电工人员拆弄，如发生异常应立即通知电工处理。
19.2.3不得用湿手拉闸、合闸。
19.3.防火防爆
19.3.1消防器材应放置于指定地点，车间所有人员均应懂性能、会使用。
19.3.2所有压力表、温度计随时查看是否在正常范围内，以每6个月核校一次。
19.3.3疏水管、排气管应随时保持畅通。
19.3.4车间易燃物品（如酒精）不得在电器开关附近存放或使用。
20.劳动组织与岗位定员、标准生产周期
岗位定员(人) 生产周期（小时）
工艺员 1 1 车间办公室 1
称量、配料 2 1
灭菌、筛分 4 10
内包装 2 2
外包装 4 2
合计14 16
21、环境保护
21.1生产中产生的废水进入本厂总废水管道，经处理后排放。
21.2锅炉烟气通过除尘及烟道沉降处理后排放。
21.3粉尘通过旋风分离、布袋滤过、引风等法处理。
二氧化硅的制备
纳米二氧化硅颗粒的制备与表征 一、实验目的 颗粒。 1、学习溶胶—凝胶法制备纳米SiO 2 颗粒物相分析和粒径测定。 2、利用粒度分析仪对SiO 2 颗粒进行表征。 3、通过红外光谱仪对纳米SiO 2 4、通过热重分析仪测试煅烧温度。 二、实验原理 纳米SiO 具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表面上存在着大量2 的羟基基团, 亲水性强, 众多的颗粒相互联结成链状，链状结构彼此又以氢键 相互作用，形成由聚集体组成的立体网状结构。 图1 纳米二氧化硅三维网状结构 图2 纳米二氧化硅表面上存在着大量的羟基基团
溶胶凝胶法（Sol-Gel法）：利用活性较高的前驱体作为原料，在含水的溶液中水解，生成溶胶，然后溶胶颗粒间进一步发生相互作用，与溶剂共同生成凝胶，干燥后、煅烧获得前驱体相应的氧化物。 第一步水解： 硅烷的水解过程ROH ?→ - + - -2 - ? Si+ OH O Si H OR 第二步缩合： 硅烷的缩聚过程O ?→ ? - - - - - - - + Si O H - Si Si + HO Si2 OH 总反应：ROH - - ? - - - + ?→ Si 22+ Si O O Si2 OR H 硅烷的浓度，硅烷溶液的pH 值，溶剂成分，水解时间与温度均会影响到硅烷的水解缩聚过程。 其中，pH 值能影响硅烷溶液的水解缩聚反应速率。一般认为酸性和碱性条件下均有利于硅烷的水解反应，而碱性条件下更能促进缩聚反应的进行。因此，选择合理的pH 值能控制硅烷的水解与缩合反应速率。 水含量除了影响硅烷的水解与缩聚反应速率外，还影响其溶解性；而醇溶剂对硅烷分子起到助溶与分散的作用，还起到调节水解速率的作用。 三、仪器及试剂 仪器常规玻璃仪器，不同型号移液枪，坩埚，研钵，水浴锅，磁子，磁力搅拌器，烘箱，马弗炉，傅里叶红外光谱仪，差热-热重分析仪，粒度分析仪； 试剂乙醇（AR），去离子水，TEOS，1:1 氨水，浓氨水、浓盐酸，精密pH 试纸。 四、实验步骤 ①Stober 法制备纳米SiO 颗粒 2 取75mL 无水乙醇于烧杯中，加入25mL 去离子水，搅拌使其均匀。向其中加入10mL TEOS，同时搅拌。用1:1 氨水溶液调节硅烷溶液的pH 值至7，搅拌10min。将上述硅烷溶液放入水浴锅中，水温35℃，陈化1h。向溶液中逐滴加
纳米二氧化硅微球的应用及制备进展_姜小阳
第30卷第3期 硅酸盐通报Vol．30No．32011年6月BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY June ，2011 纳米二氧化硅微球的应用及制备进展 姜小阳，李霞 （青岛科技大学材料科学与工程学院，青岛266042） 摘要：纳米二氧化硅微球在电子、光学器件、化学生物芯片、催化等领域有着广泛的应用。本文综述了近几年纳米 二氧化硅微球几种制备方法，例如：溶胶-凝胶法、模板法、沉淀法、超重力法、微乳液法等，并对这些工艺方法的优缺 点做了简单评述， 最后对二氧化硅的应用前景进行了展望。关键词：纳米二氧化硅；微球；应用；制备 中图分类号：O613文献标识码：A 文章编号：1001- 1625（2011）03-0577-06Progress in Application and Preparation of Nano-silica Microspheres JIANG Xiao-yang ，LI Xia （College of Materials Science and Engineering ，Qingdao University of Science and Technology ，Qingdao 266042，China ） Abstract ：Nanosized silica microspheres have important applications in electronics ，optical devices ，chemical biosensors ，catalysis ，etc．In this thesis ，the preparation methods of nano-silica were reviewed such as sol-gel process ，template process ，precipitation process ，high gravity reactive method ，micro- emulsion method ，etc．The relative merits of each method are introduced．At last ，the application prospect of nano-silica microspheres is depicted． Key words ：nano-silica ；microspheres ；application ；preparation 基金项目：国家自然科学基金（No．51072086）资助项目 作者简介：姜小阳（1985-），男，硕士．主要从事纳米二氧化硅微球的制备及应用的研究． 通讯作者：李霞．E-mail ：lix@qust．edu．cn 1引言 纳米固体或纳米微粒是指颗粒粒度属于纳米量级（1 100nm ）的固态颗粒［1］。纳米二氧化硅微球为无 定型白色粉末，无毒、无味、无污染，表面存在大量羟基和吸附水，具有粒径小、纯度高、比表面积大、分散性能好等特点，并凭借其优越的稳定性、补强性、触变性和优良的光学及机械性能，广泛应用于生物医药、电子、催化剂载体及生物材料、工程材料等领域 ［2］。如今，纳米二氧化硅微球的制备和应用研究工作已成为材料科 研领域的一大热点［3］。2纳米二氧化硅微球的应用 纳米二氧化硅在添加剂、橡胶、塑料、纤维、彩色打印、军事材料、生物技术等领域有着广泛的应用。纳米SiO 2表面含有大量的羟基与不饱和键，可以在摩擦副表面形成牢固的化学吸附膜，从而保护金属摩擦表面，改善润滑油的摩擦性能，因此可以作为一种高性能、高环保型润滑油的添加剂 ［4］。利用纳米SiO 2可以吸收
采用热氧化方法制备的二氧化硅从结构上看是的。
采用热氧化方法制备的二氧化硅从结构上看是（）的。 （A）结晶形态（B）非结晶形态（C）可能是结晶形态的,也可能是非结晶形态的（D）以上都不对 多选题 下列物质中是结晶形态二氧化硅的有（）。 （A）硅土（B）石英（C）磷石英（D）玻璃（E）水晶 判断题 结晶形态二氧化硅是由Si-O四面体在空间规则排列所构成的。( ) 非结晶态二氧化硅的网络疏松,不均匀而且存在孔洞。( ) 结晶与非结晶形态二氧化硅的基本差异在于前者的结构具有周期性,而后者则不具有任何周期性。( ) 二氧化硅性质 单选题 采用热氧化方法制备的二氧化硅从结构上看是（）的。 （A）结晶形态（B）非结晶形态（C）可能是结晶形态的,也可能是非结晶形态的（D）以上都不对 结晶形态和非结晶形态二氧化硅的基本差异在于（）。 （A）前者前者由Si-O四面体组成,而后者则不含Si-O四面体（B）前者的结构具有周期性,而后者则不具有任何周期性（C）前者的密度大,而后者的密度小（D）前者的氧都是桥联氧,而后者的氧不是桥联氧 二氧化硅薄膜的折射率是表征其（）学性质的重要参数。 （A）电（B）磁（C）光（D）热 下列几种氧化方法相比,哪种方法制得的二氧化硅薄膜的电阻率会高些（）。 （A）干氧氧化（B）湿氧氧化（C）水汽氧化（D）与氧化方法无关 判断题 结晶形态二氧化硅是由Si-O四面体在空间规则排列所构成的。( ) 热氧化法制备二氧化硅 单选题 干氧氧化中,氧化炉内的气体压力应（A）一个大气压。 （A）稍高于（B）大大于（C）等于（D）没有要求 干氧氧化法有一些优点,但同时它的缺点有（）。 （A）生长出的二氧化硅中引入很多可动离子（B）氧化的速度慢（C）生长的二氧化硅缺陷多（D）生长的二氧化硅薄膜钝化效果差 多选题 干氧氧化法具备以下一系列的优点（）。 （A）生长的二氧化硅薄膜均匀性好（B）生长的二氧化硅干燥（C）生长的二氧化硅结构致密（D）生长的二氧化硅是很理想的钝化膜（E）生长的二氧化硅掩蔽能力强 判断题 水汽氧化法指的是在高温下,硅与高纯水产生的蒸气反应生成二氧化硅。( ) 湿氧氧化既有干氧氧化的优点,又有水汽氧化的优点,所以其氧化制备的二氧化硅薄膜的质量最好。( ) 湿氧氧化的氧化剂既含有氧,又含有水汽。( ) 二氧化硅生长的机制 单选题
比热容
比热容 开放分类：物理、概念、定义、热学、特性 1 specific heat capacity 即比热，是单位质量物质的热容量。单位质量的某种物质温度升高1℃吸收的热量（或降低1℃释放的热量）叫做这种物质的比热容，简称：比热，用字母“c”表示 2 什么叫比热容 比热容的定义为：单位质量物质的热容量，即使单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。 物质的比热容与所进行的过程有关。在工程应用上常用的有定压比热容CD和定容比热Cp 两种，定压比热容Cp是单位质量的物质在比容不变的条件下，单位温度变化时所吸收或放出的能量；定容比热容Cv是单位质量的物质在比容不变的条件下，单位温度变化时吸收或放出的内能。 在中学范围内，简单定义为： 单位质量的某种物质温度升高1℃吸收的热量（或降低1℃释放的热量）叫做这种物质的比热容。 比热容(specific heat capacity)简称比热(specific heat)，通常用符号c表示。 在英文中，比热容被称为：Sepcific Heat Capacity. 公式为：Energy=Mass×Specific Heat Capacity×Tempreture change 可简写为：Energy=Mass×SHC×Temp Ch 比热容的单位应为J/（kg·K） 3 单位 比热是一个复合单位，是由质量、温度、热量的单位组合而成的。在国际单位制中，比热的单位是焦耳/（千克·摄氏度）读作焦每千克摄氏度。 （常用的单位还有卡/（克·℃）、千卡/（千克·℃）等）在国际单位制中，能量、功、热量的单位统一用焦耳，因此比热容的单位应为J/（kg·K）。 4 比热表 (1)比热值的数值后面都用10的3次方来表示 (2)水的比热较大，金属的比热更小一些 (3)c铝>c铁>c钢>c铅(c铝 改进众所周知的Stober 方法[135]，通过正硅酸乙脂（TEOS）在含有水（H2O）、 氨水（NH3OH）的乙醇混合溶液中水解，制备了不同尺寸(300,500,900 和1200 nm) 的二氧化硅（SiO2）微球。通过这种方法制备的二氧化硅（SiO2）微球单分散、尺寸 分布窄、不团聚，尺寸大小依靠反应物的浓度。典型的实验是混合正硅酸乙脂（TEOS）、 水（H2O）、氨水（NH3OH）、乙醇（C2H5OH）,在室温下搅拌 4 小时，结果得到白色 的SiO2胶体悬浮液。用离心机把SiO2从悬浮液中离心出来，之后用乙醇洗三次。比 600 nm 大的SiO2，不能直接通过Stober 方法制备，需要种子生长过程。在种子生长 过程，把一定量的SiO2加入NH3，H2O 和C2H5OH 的混合溶液之后，加入TEOS 和水， 这个过程与Stober 相似。表3-1 列出了制备不同尺寸的SiO2的实验条件。 3.2. 2 SiO2@Y2O3:Eu3+ 核壳材料的制备 利用Pechini 型溶胶-凝胶法在SiO2球上包覆Y2O3:Eu3+层，制备SiO2@Y2O3:Eu3+ 核壳发光材料[136-138]。搀杂的Eu3+的浓度占基质Y2O3中Y3+浓度的5%，这是最优化 条件[138]。称取化学计量比的Y2O3 和Eu2O3 (Y1.9Eu0.1O3)，用硝酸溶解，冷却到室 温，加入一定量的乙醇和水的混合溶液（其体积比为7：1），加入柠檬酸作为络合 剂，柠檬酸与金属离子的摩尔比为2：1，再加入一定量的聚乙二醇（0.08g/ml）作 为交联剂, 溶液搅拌2 小时形成溶胶，然后在搅拌的条件下加入SiO2 粒子，搅拌5 小时，用离心机把悬浮液离心。所得试样在100 oC 干燥两个小时，然后以每小时120 oC 的升温速度烧结到900 oC，并保留2 小时。这样的过程反复几次，以增加Y2O3:Eu3+ 层的厚度。实验过程如图3-1 所示。为作对比，把包覆之后的溶胶蒸发形成凝胶，烧 结到相应的温度，制备纯的Y2O3:Eu3+粉末。表3-1 制备不同尺寸SiO2 的实验条件：C 是浓度，单位是mol/L, N 是反应次数，t是反应时间 图3-1 核壳SiO2@Y2O3:Eu3+发光粉的制备过程示意图 比热容(specific heat capacity)又称比热容量，简称比热(specific heat)，是单位质量物质的热容量，即是单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。比热容是表示物质热性质的物理量。通常用符号c表示。 混合物的比热容 气体的比热容 水的比热容较大的应用 一、利用水的比热容大来调节气候 二、利用水的比热容大来冷却或取暖 常见物质的比热容混合物的比热容气体的比热容 水的比热容较大的应用 一、利用水的比热容大来调节气候 二、利用水的比热容大来冷却或取暖 编辑本段定义 比热容是单位质量的某种物质升高单位温度所需的热量。其国际单位制中的单位是焦耳每千克开尔文（J /(kg·K) 或J /(kg·℃)，J是指焦耳，K是指热力学温标，与摄氏度℃相等），即令1千克的物质的温度上升（或下降）1摄氏度所需的能量。根据此定理，最基本便可得出以下公式： c=△E（Q）/m△T △E为吸收的热量，中学的教科书里为Q；m是物体的质量，△T是吸热（放热）后温度所上升（下降）值，初中的教材里把△T写成△t，其实这是很不规范的（我们生活中常用℃作为温度的单位，很少用K，而且△T=△t，因此中学阶段都用△t，但国际上或者更高等的科学领域，还是使用△T）。 物质的比热容与所进行的过程有关。在工程应用上常用的有定压比热容Cp、定容比热容Cv和饱和状态比 比热容测试仪 热容三种。 定压比热容Cp是单位质量的物质在压力不变的条件下，温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的能量。 定容比热容Cv是单位质量的物质在容积（体积）不变的条件下，温度升高或下降1℃或1K吸收或放出的内能。 饱和状态比热容是单位质量的物质在某饱和状态时，温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的热量。 编辑本段单位 比热容的单位是复合单位。 纳米二氧化硅的制备 专业：凝聚态学号：51110602021 作者：张红敏 摘要 本文简单综述了一下纳米二氧化硅的各种制备方法，包括化学沉淀法、气相法、溶胶-凝胶法、微乳液法、超重力法、机械粉碎法，并对未来制备纳米二氧化硅的方法提出了一点展望。 关键词：纳米二氧化硅，制备，展望 1. 引言 纳米二氧化硅为无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料，其颗粒尺寸小，粒径通常为20～200nm，化学纯度高，分散性好，比表面积大，耐磨、耐腐蚀，是纳米材料中的重要一员。由于纳米二氧化硅表面存在不饱和的双键以及不同键合状态的羟基，具有常规粉末材料所不具备的特殊性能，如小尺寸效应、表面界面效应、量子隧道效应、宏观量子隧道效应和特殊光电性等特点[1]，因而表现出特殊的力学、光学、电学、磁学、热学和化学特性，加上近年来随着纳米二氧化硅制备技术的发展及改性研究的深入, 纳米二氧化硅在橡胶、塑料、涂料、功能材料、通讯、电子、生物学以及医学等诸多领域得到了广泛的应用。 2. 纳米二氧化硅的制备 经过收集资料,查阅一些教科书籍和文献,发现二氧化硅有各种形形色色不同的制备方法, 主要包括化学沉淀法、气相法、溶胶-凝胶法、微乳液法、超重力法、机械粉碎法等等。现在一个个介绍如下: 2.1. 化学沉淀法 化学沉淀法是目前生产纳米二氧化硅最主要的方法。这种方法的基本原理是利用金属盐或碱的溶解度, 调节溶液酸度、温度、溶剂, 使其产生沉淀, 然后对沉淀物进行洗涤、干燥、热处理制成超细粉体[2]。 可以采用硅酸钠和氯化铵为原料, 以乙醇水溶液为溶剂, 采用化学沉淀法制备得到纳米SiO2[3]。将去离子水与无水乙醇以一定浓度混合盛于三口瓶中, 加入一定质量的硅酸钠和少量分散剂, 置于恒温水浴中, 凋节至40±1℃, 搅拌状态下加入氯化铵溶液, 即出现乳白色沉淀, 洗涤, 抽滤, 100℃烘干,置于马弗炉450 ℃焙烧1h, 得到白色轻质的SiO2 粉末。所得SiO2颗粒为无定形结构, 近似球形, 粒径30～50nm, 部分颗粒间通过聚集相互联结, 表面有蜂窝状微孔。 以水玻璃(模数为3.3)和盐酸为原料[4],在超级恒温水浴中控制在40～50℃左右进行沉淀反应, 控制终点pH 值5～6, 得到的沉淀物采用离心法洗涤去掉Cl-, 然后在110℃下干燥12 h, 再于500℃进行焙烧即可得到产品。制得SiO2粒 纳米二氧化硅SiO2的研究现状及其运用（邓奕鹏、夏常梁、宁波、赵英孜、王娜） 摘要通过国内外的影响力较大数据库，查找期刊、杂志、论文中的相关文献来了解二氧化硅（SiO2）、在国内外科技前沿的研究现状及运用情况。探究其是否能够作为“荷叶自洁效应及其表膜纳米功能材料的研究及运用“的纳米材料载体。 0 前言“荷叶自洁效应及其表膜纳米功能材料的研究及运用”需要一种纳米材料来构成像荷叶表面的“乳突”的型式结构。以使这种涂层能够具有自清洁效果的。二氧化硅（SiO2）具有来源广泛，耐腐蚀、高硬度、高强度、高韧性、生物友好性等特征。把二氧化硅（SiO2）作为这种乳突的型式结构是一种不错的选择。而且具有可操作性！因此，我们有必要对这些材料有更深的认识，以了解他们的制备方法、表面特征的相关属性。来达到更好的利用二氧化硅（SiO2）的目的。增加自己对二氧化硅（SiO2）的了解。 1、纳米二氧化硅的性质： 1.1 物理性质纳米Si02为无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料。经透射电子显微镜测试分析．这种材料明显显现出絮状或网状的准颗粒结构，颗粒尺寸小，比表面积大。工业用Si02称作自炭黑，是一种超微细粉体，质轻，原始粒径O．3 微米以下，相对密度2．319～2．653熔点1750℃，吸潮后形成聚合细颗粒。 1.2 化学性质纳米Si02的体积效应和量子隧道效应使其产生渗透作用，可深入到高分子化合物的“键附近，与其电子云发生重叠，形成空间网状结构，从而大幅度提高了高分子材料的力学强度、韧性、耐磨性和耐老化性等。因而，人们常利用纳米Si02的这些特殊结构和性能对塑料及涂料进行改性或制各有机Si02复合材料，提高有机高分子材料的综合性能。 1.3 光学性质纳米Si02微粒由于只有几个纳米到几十个纳米，因而，它所表现出来的小尺寸效应和表面界面效应使其具有与常规的块体及粗颗粒材料不同的特殊光学特性。采用美国Varian公司Cary一5E分光光谱仪对纳米Si02抽样测试表明，对波长200～280 nm 紫外光短波段，反射率为70％～80％；对波长280～300 nm的紫外中波段，反射率为80％以上：在波长300～800 nm之间，纳米Si02材料的光反射率达85％；对波长在800～1300 nm的近红外光反射率也达70～80％。 比热容的定义为：单位质量物质的热容量，即使单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能. 比热容的计算公式是能量Q=cmt c——比热容水的比热容是4.2*10^3焦耳每千克摄氏度 m——质量 t——温度的变化(不论温度升高还是降低永远取绝对值) 如果温度升高就是吸热温度降低就是放热 每种物体的比热容都不一样,有比热容表. 水的比热是4.2×10^3焦/(千克×℃)，表示质量是1千克的水，温度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的热量是4.2×10^3焦. 空气的比热：常温的话就是25+273=298； 其它温度下就应该是：空气温度T+273=？ 解释 比热(0specific heat)是比热容的简称。 单位质量的某种物质，温度降低1℃或升高1℃所吸收或放出的热量，叫做这种物质的比热容。 更严格的定义，参见词条比热容。 燃气的比热可以分为定压比热和定容比热。保持燃气的容积不变的吸热（或放热）过程时的比热为定容比热，保持燃气压力不变时的吸热（或放热）过程时的比热为定压比热。 单位 比热的单位是复合单位。 在国际单位制中，能量、功、热量的单位统一用焦耳，温度的单位是开尔文，因此比热容的单位为J/(kg·K)。 常用单位：kJ/(kg·℃)、cal/(kg·℃)、kcal/(kg·℃)等。 比热表：常见物质的比热容 物质比热容c 水4.2 酒精2.4 煤油2.1 冰2.1 蓖麻油1.8 砂石0.92 铝0.88 干泥土0.84 铁、钢0.46 铜0.39 汞0.14 铅0.13 对表中数值的解释： (1)比热此表中单位为kJ/(kg·℃)； (2)水的比热较大，金属的比热更小一些； (3)c铝>c铁>c钢>c铅(c铅 二氧化硅的制备 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128） 纳米二氧化硅颗粒的制备与表征 一、实验目的 1、学习溶胶—凝胶法制备纳米SiO2 颗粒。 2、利用粒度分析仪对SiO2 颗粒物相分析和粒径测定。 3、通过红外光谱仪对纳米SiO2 颗粒进行表征。 4、通过热重分析仪测试煅烧温度。 二、实验原理 纳米SiO 具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表面上存在着大量的 2 羟基基团, 亲水性强, 众多的颗粒相互联结成链状，链状结构彼此又以氢键相互作用，形成由聚集体组成的立体网状结构。 图1 纳米二氧化硅三维网状结构 图2 纳米二氧化硅表面上存在着大量的羟基基团 溶胶凝胶法（Sol-Gel法）：利用活性较高的前驱体作为原料，在含水的溶液中水解，生成溶胶，然后溶胶颗粒间进一步发生相互作用，与溶剂共同生成凝胶，干燥后、煅烧获得前驱体相应的氧化物。 第一步水解： 硅烷的水解过程ROH ? ?→ + - -2 - O OH Si H OR Si+ - 第二步缩合： 硅烷的缩聚过程O ? ?→ - - - - - - + - O Si Si - Si H + Si2 OH HO 总反应：ROH - ?→ ? - - - - + O O Si 22+ Si H Si2 OR 硅烷的浓度，硅烷溶液的pH 值，溶剂成分，水解时间与温度均会影响到硅烷的水解缩聚过程。 其中，pH 值能影响硅烷溶液的水解缩聚反应速率。一般认为酸性和碱性条件下均有利于硅烷的水解反应，而碱性条件下更能促进缩聚反应的进行。因此，选择合理的pH 值能控制硅烷的水解与缩合反应速率。 水含量除了影响硅烷的水解与缩聚反应速率外，还影响其溶解性；而醇溶剂对硅烷分子起到助溶与分散的作用，还起到调节水解速率的作用。 三、仪器及试剂 仪器常规玻璃仪器，不同型号移液枪，坩埚，研钵，水浴锅，磁子，磁力搅拌器，烘箱，马弗炉，傅里叶红外光谱仪，差热-热重分析仪，粒度分析仪； 试剂乙醇（AR），去离子水，TEOS，1:1 氨水，浓氨水、浓盐酸，精密pH 试纸。 四、实验步骤 ①Stober 法制备纳米SiO2 颗粒 取75mL 无水乙醇于烧杯中，加入25mL 去离子水，搅拌使其均匀。向其中加入10mL TEOS，同时搅拌。用1:1 氨水溶液调节硅烷溶液的pH 值至7，搅拌10min。将上述硅烷溶液放入水浴锅中，水温35℃，陈化1h。向溶液中逐滴加入浓氨水，使其刚好产生果冻状凝胶为止。静置，至溶液全部转化为凝胶。 前躯体将所得的凝胶捣碎放入烘箱中，烘箱温度为100℃，烘干，即得SiO 2 粉末。 粉末。将粉末碾碎后在300℃煅烧20min 即得SiO 2 ② SiO2颗粒的粒径测试 先将大烧杯中装满水，对大烧杯进行清洗，倒去水。向大烧杯中装入部分水，测试背景。将小烧杯中预先搅拌好的二氧化硅浊液倒入大烧杯中，进行充分混合均匀，对其进行粒径分析。 ③SiO2颗粒红外光谱测试 1前言 1.1纳米二氧化硅的发展现状及前景 纳米材料是指微粒粒径达到纳米级(1～100nm)的超细材料。当粒子的粒径为纳米级时，其本身具有量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，因而展现出许多特有的性质，应用前景广阔。纳米SiO2是极具工业应用前景的纳米材料，它的应用领域十分广泛，几乎涉及到所有应用SiO2粉体的行业。我国对纳米材料的研究起步比较迟，直到“八五计划”将“纳米材料”列人重大基础项目之后，这方面的研究才迅速开展起来，并取得了令人瞩目的成果。1996年底由中国科学院固体物理研究所与舟山普陀升兴公司合作，成功开发出纳米材料家庭的重要一员——纳米SiO2[1]，从而使我国成为继美、英、日、德国之后，国际上第五个能批量生产此产品的国家。纳米SiO2 的批量生产为其研究开发提供了坚实的基础。 目前，我国的科技工作者正积极投身于这种新材料的开发与应用，上海氯碱化工与华东理工大学[2]建立了连续化的1000t／a规模中试研究装置，开发了辅助燃烧反应器等核心设备，制备了性能优良的纳米二氧化硅产品，其理化性能和在硅橡胶制品中的应用性能，已经达到和超过国外同类产品指标。专家鉴定认为，纳米二氧化硅氢氧焰燃烧合成技术、燃烧反应器和絮凝器等关键设备及应用技术具有创新性，该成果总体上达到国际先进水平，其中在预混合辅助燃烧新型反应器和流化床脱酸两项核心技术方面达到了国际领先水平，对于突破国际技术封锁具有重大价值。但总地来讲，我国纳米SiO2的生产与应用还落后于发达国家,该领域的研究工作还有待突破。 1.2 纳米二氧化硅的性质[3]~[5] 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， 1.纳米二氧化硅的制备方法 到目前为止，纳米二氧化硅的生产方法主要可以分为干法和湿法两种。干法包括气 相法和电弧法，湿法有沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、超重力反应法和水热合成法 等。 1.1 气相法 气相法多以四氯化硅为原料，采用四氯化硅气体在氢氧气流高温下水解制得烟雾状 的二氧化硅。 2H2+ O2→ 2H2O SiCl4+ 2H2O → SiO2+4HCl 2H2+ O2+SiCl4→ SiO2+4HCl 1.2 沉淀法 1.2.1沉淀法是硅酸盐通过酸化获得疏松、细分散的、以絮状结构沉淀出来的 SiO2晶体。 Na2SiO3+HCl → H2SO3+NaCl H2SO3→ SiO2+ H2O 该法原料易得，生产流程简单，能耗低，投资少，但是产品质量不如采用气相法和凝胶法的产品好。目前，沉淀法制备二氧化硅技术包括以下几类： （1）在有机溶剂中制备高分散性能的二氧化硅； （2）酸化剂与硅酸盐水溶液反应，沉降物经分离、干燥制备二氧化硅； （3）碱金属硅酸盐与无机酸混和形成二氧化硅水溶胶，再转变为凝胶颗粒，经干燥、热水洗涤、再干燥，锻烧制得二氧化硅； （4）水玻璃的碳酸化制备二氧化硅； （5）通过喷雾造粒制备边缘平滑非球形二氧化硅。 1.2.2实验部分 以Na2SiO3·9H2O为原料“浓H2SO4”为酸试剂"采用化学沉淀法制备纳米二氧化硅。 (1)原料与试剂：水合硅酸钠，分析纯，无锡市亚盛化工有限公司；浓硫酸，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；无水硫酸钠，分析纯，无锡市亚盛化工有限公司；聚乙二醇(PEG)6000，分析纯，无锡市亚盛化工有限公司。 (2)设备与分析仪器：Avatar360型傅立叶变换红外光谱(FT-IR)仪，KBr压片，美国；D/Max 型X射线粉末衍射仪，日本理学公司；TEM-2010型高分辨率透射电镜(TEM)，日本日立公司；HPPS5001激光粒度分析仪，英国Malvern公司；S-570型扫描电镜(SEM)，日本日立公司；紫外可见光吸收仪(UV-Vis)，日本日立公司；WDT-20，KCS-20型万能试验机，深圳凯强利试验仪器有限公司；磁力搅拌器、分析天平、抽滤瓶、烘箱、马弗炉。 (3)条件实验 ①称取一定量Na2SiO3·9H2O放入三颈瓶中，加入适量的蒸馏水使其完全溶解，然后向三颈瓶中慢慢滴加质量分数为95%~98%的浓H2SO4，并同时加入分散剂Na2SO4溶液和表面活性剂PEG6000，在反应的同时需要进行搅拌。 ②在反应结束后继续滴加浓H2SO4同时加入分散剂。 ③将反应的浆料在三颈瓶中熟化1h。 ④熟化后的反应物进行抽滤洗涤，反复洗涤数次，直至检测不出SO42-为止，将反应物抽滤成为粗时间，脱水的滤饼。 ⑤将滤饼放入烘箱中80℃烘干。 ⑥把烘干的产物放入马弗炉中450℃煅烧，最后将煅烧后的产物研磨成粉末。 1.3 凝胶法 凝胶法是加入酸使碱度降低从而诱发硅酸根的聚合反应，使体系中以胶态粒子形式存在 纳米二氧化硅颗粒的制备与表征一、实验目的 颗粒。 1、学习溶胶—凝胶法制备纳米SiO 2 颗粒物相分析和粒径测定。 2、利用粒度分析仪对SiO 2 颗粒进行表征。 3、通过红外光谱仪对纳米SiO 2 4、通过热重分析仪测试煅烧温度。 二、实验原理 纳米SiO 具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表面上存在着大量2 的羟基基团, 亲水性强, 众多的颗粒相互联结成链状，链状结构彼此又以氢键 相互作用，形成由聚集体组成的立体网状结构。 图1 纳米二氧化硅三维网状结构 图2 纳米二氧化硅表面上存在着大量的羟基基团 溶胶凝胶法（Sol-Gel法）：利用活性较高的前驱体作为原料，在含水的溶 液中水解，生成溶胶，然后溶胶颗粒间进一步发生相互作用，与溶剂共同生成凝 胶，干燥后、煅烧获得前驱体相应的氧化物。 第一步水解： 硅烷的水解过程ROH ? ?→ + - OH - -2 O Si H OR Si+ - 第二步缩合： 硅烷的缩聚过程O ? ?→ - - - - - - + - O Si Si - Si H + HO Si2 OH 总反应：ROH - - ?→ - - - + ? Si2 O Si Si O OR H 22+ 硅烷的浓度，硅烷溶液的pH 值，溶剂成分，水解时间与温度均会影响到硅 烷的水解缩聚过程。 其中，pH 值能影响硅烷溶液的水解缩聚反应速率。一般认为酸性和碱性条 件下均有利于硅烷的水解反应，而碱性条件下更能促进缩聚反应的进行。因此， 选择合理的pH 值能控制硅烷的水解与缩合反应速率。 水含量除了影响硅烷的水解与缩聚反应速率外，还影响其溶解性；而醇溶剂 对硅烷分子起到助溶与分散的作用，还起到调节水解速率的作用。 三、仪器及试剂 纳米二氧化硅 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】 纳米二氧化硅的特性及其研究进展 敖善世是有硅或有机硅的氯化物高温水解生成表面带有羟基的超微细粉摘要：纳米SiO 2 末，粒径小于10nm，通常为20~60nm，化学纯度高，分散性好，比表面积大。在化学工业中又称为白炭黑，是目前世界上大规模生产的产量高的一种纳米粉体材料。纳米二氧化硅无毒、无味、无污染，具有表面能高及其吸附能力强等特异性优点, 是优质的稳定剂和融合剂.在电子、光学、生化科学等都有着广泛的应用。 关键词：纳米二氧化硅；性质；制备；应用 一、纳米二氧化硅的性质 纳米二氧化硅是纳米材料中的重要一员，是一种外形为白色无定型粉末,无毒、无味、无污染的非金属材料，其微结构呈絮状或网状的准颗粒结构，为球形.这种特殊的结构使它具有独特的性质。 纳米二氧化硅对波长490nm 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可以产生淤渗作用，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。 二氧化硅不但具有粒径小、化学纯度高、分散性好等特异性优势，还具有吸附性强、可塑性良好、同时具有高磁阻性和低热导性的优势。 二、纳米二氧化硅的制备 制备二氧化硅的工艺分为干法和湿法两大类。干法制备的特点是其产品纯度高,而且性能相对较好,但是其所需设备要求高投资成本大、而且在生产实践过程中能耗大.湿法制备应用要求较低，所需原料普遍且价格低廉，所生产产品纯度虽然比干法制备的低，但经一系列的化学反应改性后，性能与炭黑接近。无论是采用干法制备还是湿法制备我们所要达到的目的是生产出纯度高、颗粒小、分散性好的纳米二氧化硅产品。1．干法制备纳米二氧化硅 干法制备纳米二氧化硅的原料通常使用无机硅或者卤硅烷、氧气(或空气)和氢气，经高温反应进行制备，得到的是二氧化硅溶胶。 干法的反应式为: 常用物质的比热容和密度常用液体、固体密 度-比热表物质相态 密度/15.6℃至21℃ （g/cm3） 比热/15.6℃时 （kJ/Kg?℃） 水液 1 4.19 冰固0.9 2.09 盐酸31.55% （氯化） 液 1.15 2.51 盐酸10%（氯化）液 1.05 3.14 烧碱50% 液 1.53 3.27 烧碱30% 液 1.33 3.52 硝酸95% 液 1.05 2.09 硝酸60% 液 1.37 2.68 硝酸10% 液 1.05 3.77 磷酸20% 液 1.11 3.56 磷酸10% 液 1.05 3.89 硫酸110%（发烟）液无 1.13 硫酸98% 液 1.84 1.47 硫酸60% 液 1.5 2.18 硫酸20% 液 1.14 3.52 盐水-氯化钠25% 液 1.19 3.29 盐水-氯化钙25% 液 1.23 2.89 海水液 1.03 3.94 氧化镁85% 液0.208 1.13 氨100% 液0.61 4.61 氨26% 液0.9 4.19 乙酸100% 液 1.05 2.01 乙酸10% 液 1.01 4.02 乙二酸液 1.11 2.43 Aroclor 液 1.44 1.17 丙酮100% 液0.78 2.15 醇含乙醇95% 液0.81 2.51 醇含乙醇90% 液0.82 2.72 苯液0.84 1.72 酚（碳酸）液 1.07 2.34 甲苯液0.86 1.76 四氯化碳液 1.58 0.88 松木油液0.86 1.76 邻苯二酸酣液 1.53 0.97 脂肪酸-软脂液0.85 2.73 脂肪酸-硬脂液0.84 2.3 汽油液0.73 2.22 甘油100% 液 1.26 2.43 （丙三醇） 1#燃油（煤油）液0.81 1.97 2#燃油液0.86 1.84 3#燃油液0.88 1.8 4#燃油液0.9 1.76 5#燃油液0.93 1.72 6#燃油液0.95 1.67 API中部原油液0.85 1.84 API汽油液0.88 1.76 SAE-SW(8#机油）液0.88 无SAE-20（20#机油）液0.89 无SAE-30（30#机油）液0.89 无铝固 2.64 0.96 铜固8.82 0.42 铅固11.34 0.13 镍固8.9 0.46 钛（商用）固 4.5 0.54 锌固7.05 0.4 钢固7.9 0.46 纳米二氧化硅晶体的制备与应用 摘要：纳米材料是任何至少有一个维度的尺寸小于100nm或由小于100nm的基本单元组成的材料。自上世纪80至90年代是纳米材料及科技迅猛发展的时代，其标志为：出现了块体纳米材料：扫瞄隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)的出现以及应用使纳米材料成为独立学科。由于纳米材料所表现出的不同于微米以及块体材料的奇异特性，使得纳米材料成为材料科学和凝聚态科学领域的研究热点。 关键词：二氧化硅晶体；制备；应用 纳米材料是任何至少有一个维度的尺寸小于100nm或由小于100nm的基本单元组成的材料。自上世纪80至90年代是纳米材料及科技 迅猛发展的时代，其标志为：出现了块体纳米材料：扫瞄隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)的出现以及应用使纳米材料成为独立学 科。由于纳米材料所表现出的不同于微米以及块体材料的奇异特性，使得纳米材料成为材料科学和凝聚态科学领域的研究热点。 1 纳米二氧化硅的性质和结构 纳米二氧化硅是纳米材料中的一员．具有特殊的层次结构，纳米二氧化硅是无定型的白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的非金属材 料。微粒结构非常特殊．颗粒表面存在不饱和的残键及不同键合状态的弪基．其分子状态呈三维链状结构，这种特殊结构使它具有独特的性质：如对波长49 nm 以内的紫外线反射率高达70％至80％；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；在高温下仍具有较高的强度、韧度和稳定性：对色素离子具有极强的吸附作用等当纳米二氧化硅与高分子材料复合时可以改善高分子材料的热、光稳定性和化学稳定性，提高产品的抗老化性和耐化学性：可以达到抗紫外线老化和热老化的目的；可以提高材料的强度、弹性等基本性能；可以降低因紫外线照射而造成的色素衰减等工业用纳米二氧化硅称作白炭黑(也叫做胶体二氧化硅、水合二氧化硅、气相二氧化硅)，是一种超微细粉体，比重2.0～2.6，熔点1750℃，折光率1.46，粒径和含水量随制法不同而异，原始粒径一般在0.3μm以下。白炭黑绝缘性好，不溶于水和酸，溶于苛性碱和氢氟酸；受高温不分 解，吸水性强，在空气中易潮解，性能与碳黑相似，但呈白色，在空气中吸水后形成聚合细颗粒圈。纳米二氧化硅可以 O S i2一H n2O n2O指的是“结合水”，它是白炭黑的重要组成部分，是在生产过程表示。H 中进行化学反应形成的。从本质和结构上讲，它不是水，而是以一OH基团形式存在Si—OH基团中．一0H与Si，0与H之间都以共价键相互作用，而共价键键能很大．不易被破坏，并且结合水与环境温度、湿度无关。纳米二氧化硅粒子表面具有极强的活性．表现在Si—OH。这里的一OH很容易与水发生亲合作用，形成氢键结构，形成“吸附水”。另外由于表面积大。空隙繁多，粒子表面也会以物理吸附的方式吸附部分水。吸附水通常以分子形式存在，而且容易离开白炭黑粒子；其含量随环境温度和湿度的变化而变化，因此可以通过人为的方法进行控制。 2 纳米二氧化硅的制备 纳米材料的制备主要有物理方法和化学方法，物理方法有真空冷凝法、物理粉碎法和机械球磨法等，化学方法有气相沉积法、沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法、水热合成法等。国外纳米二氧化硅的制备方法有干法和湿法两种：干法包括气相法和电弧法，湿法分沉淀法和凝胶法。 气相法：气相法多以四氯化硅为原料，采用四氯化硅气体在氢氧气流高温下水解制得烟雾状的二氧化硅。该法优点是产品纯度高、分散度高、粒子细而形成球形，表面羟基少，因而具有优异的补强性能，但原料昂贵，能耗高，技术复杂，设备要求高，这些限制了产品使用。 二氧化硅的化学性质 二氧化硅的化学性质不活泼，不与水反应，也不与酸（氢氟酸除外）反应，但能与碱性氧化物或碱反应生成盐。例如：高温 2NaOH+SiO2===Na2SiO3+H2O CaO+SiO2===CaSiO3 二氧化硅的化学性质特点：SiO2是酸性氧化物，是硅酸的酸酐。然而SiO2与其它的酸性氧化物相比却有一些特殊的性质。 （1）酸性氧化物大都能直接跟水化合生成酸，但SiO2却不能直接跟水化合。它所对应的水化物——硅酸，只能用相应的可溶性硅酸盐跟酸反应制得（硅酸不溶于水，是一种弱酸，它的酸性比碳酸还要弱（2）酸性氧化物一般不跟酸作用，但SiO2却能跟氢氟酸起反应，生成气态的四氟化硅。SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O 普通玻璃、石英玻璃的主要成分是二氧化硅。因而可用氢氟酸来腐蚀玻璃。用氢氟酸在玻璃上雕花刻字，实验室里氢氟酸不能用含二氧化硅的玻璃、陶瓷、瓷器、陶器盛放，一般可用塑料瓶。 （3）SiO2与强碱溶液反应可生成水玻璃，它是一种矿物胶，常用作粘合剂。所以实验室盛放碱溶液的试剂瓶不用玻璃塞，而用橡胶塞。 二氧化硅在IC中的用途 二氧化硅薄膜最重要的应用是作为杂质选择扩散的掩蔽膜，因此需要一定的厚度来阻挡杂质扩散到硅中。二氧化硅还有一个作用是对器件表面保护和钝化。二氧化硅薄膜还可作为某些器件的组成部分： （1）用作器件的电绝缘和隔离。 （2）用作电容器的介质材料。 （3）用作MOS晶体管的绝缘栅介质。 1 二氧化硅（SiO2）薄膜的制备 针对不同的用途和要求,很多SiO2薄膜的制备方法得到了发展与应用,主要有化学气相淀积，物理气相淀积，热氧化法，溶胶凝胶法和液相沉积法等。 1.1化学气相淀积（CVD） 1969年，科莱特（Collett）首次利用光化学反应淀积了Si3N4薄膜，从此开辟了光化学气相淀积法在微电子方面的应用。 化学气相淀积是利用化学反应的方式，在反应室内，将反应物（通常是气体）生成固态生成物，并淀积在硅片表面是的一种薄膜淀积技术。因为它涉及化学反应，所以又称CVD（Chemical Vapour Deposition）。 CVD法又分为常压化学气相沉积(APCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)和光化学气相沉积等。此外CVD法制备SiO2可用以下几种反应体系:SiH4-O2、SiH4-N2O、SiH2Cl2-N2O、Si(OC2H5)4等。各种不同的制备方法和不同的反应体系生长SiO2所要求的设备和工艺条件都不相同,且各自拥有不同的用途和优缺点。目前最常用的是等离子体增强化学气相沉积法。 1.1.1等离子体增强化学气相沉积法 这种技术利用辉光放电,在高频电场下使稀薄气体电离产生等离子体,这些离子在电场中被加速而获得能量,可在较低温度下实现SiO2薄膜的沉积。这种方法的特点是沉积温度可以降低,一般可从LPCVD中的700℃下降至200℃,且生长速率快,可准确控制沉积速率(约1nm樸s),生成的薄膜结构致密;缺点是真空度低,从而使薄膜中的杂质含量(Cl、O)较高,薄膜硬度低,沉积速率过快而导致薄膜内柱状晶严重,并存在空洞等。SiO2的制备
常见物质比热容查询表及比热容概念名词解释
纳米二氧化硅的制备
纳米二氧化硅
比热容的定义
二氧化硅的制备
纳米二氧化硅的发展现状及前景
纳米二氧化硅制备
氧化硅的制备
纳米二氧化硅
常用物质的比热容和密度
纳米二氧化硅的制备与应用
二氧化硅薄膜制备和检测