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摘 要

纳米二氧化硅具有三维网状结构，其表面上存在有大量不同键合形式的羟基和不饱和残键，导致其表面能较高，易于团聚，与有机物质难以混合，因此需要对其表面进行改性。

本文先从改性剂的选择方面对纳米二氧化硅进行研究，选用硅烷偶联剂KH570、阳离子表面活性剂溴化十六烷基三甲基铵（CTAB）、硬脂酸作为改性剂对纳米SiO₂进行表面改性。从改性结果看出，溴化十六烷基三甲基铵（CTAB）对纳米二氧化硅的改性效果优于其他两种改性剂，因此用CTAB作为改性剂进行接下来的实验。

其次本文对影响纳米二氧化硅改性效果的因素：改性剂的用量、改性温度以及改性时间进行研究，得出最佳改性条件为：CTAB的最佳用量为4%，改性温度为65℃，改性时间为5h。

最后用傅里叶红外光谱对改性效果进行表征，结果表明：CTAB的有机官能团成功接枝到纳米二氧化硅表面。

关键词：纳米二氧化硅；表面改性；硅烷偶联剂KH570；硬脂酸；溴化十六烷基三甲基

　　　　铵

Surface modification and dispersion of silica nanoparticle

Abstract

Silica nanoparticle has three-dimensional network structure. There are a large number of hydroxyl and unsaturated residues in different bonding states on the surface of silica nanoparticle. So, the silica nanoparticle has high surface energy and is easy to reunite. It is difficult for silica nanoparticle to mix with organic material.Therefore,it is necessary to modify the surface of the nano-SiO₂.

In this thesis,the modification of silica nanoparticle was first studied from the aspects of the selection of the modifier. The surface modification of nano -SiO₂ was carried out by using silane coupling agent KH570, cationic surfactant cetyl trimethyl ammonium bromide(CTAB) and stearic acid as modifier. Experimental results showed that the modification of silica nanoparticle by cationic surfactant cetyl trimethyl ammonium bromide (CTAB) was better than that of the other two kinds of modified agents. Therefore, CTAB was used as modifier for the next experiment.

Secondly, the factors that affect the effect of silica nanoparticle modification: the amount of modifier, the modified temperature and the time of modification were studied. The optimum conditions were obtained as follows: the optimum dosage of CTAB was 4%, the modified temperature was 65℃and the modification time was 5h.

Finally, the modification effect was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy. The results showed that the organic functional group of CTAB was successfully grafted onto the surface of silica nanoparticle.

Key words ：silica nanoparticle；surface modification；silane coupling agent KH570；stearic

　　　　　　acid；cetyl trimethyl ammonium bromide (CTAB)

目　录

中文摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1纳米二氧化硅的结构 1

1.2纳米二氧化硅的性质 1

1.3纳米二氧化硅的制备方法 1

1.4纳米二氧化硅表面改性方法 3

1.4.1物理改性方法 3

1.4.2化学改性方法 4

1.5纳米二氧化硅改性的研究进展 5

1.6纳米二氧化硅的应用 6

第二章 实验部分 7

2.1实验原料与试剂 7

2.2实验仪器与设备 7

2.3性能表征 8

2.4表面改性实验 8

第三章 结果与讨论 10

3.1不同改性剂的改性效果 10

3.2改性剂用量的影响 10

3.3改性温度的影响 11

3.4 改性时间的影响 12

3.5红外光谱分析 12

第四章 结论与展望 14

4.1结论 14

4.2展望 14

参考文献 15

致　谢 18

第一章 文献综述

1.1纳米二氧化硅的结构

纳米二氧化硅呈无定型结构的分子，即三维网状结构^[1-3]，它的结构是以以硅原子为三维网状结构中心，氧原子位于这个空间结构的顶点，由此所形成的四面体堆积而成，纳米SiO₂因表面上氧原子不足，从而导致其硅氧结构偏离了稳定状态，而且纳米SiO₂表面存在的羟基，具有不同的键合形式，所以其分子式可以写为SiO_2～x，其中x为0.4～0.8。其中纳米SiO₂表面上存在3中不同的硅羟基：第一种硅羟基是以双生状态存在的，即一个硅原子上连接两个羟基；第二种硅羟基是以自由状态存在的，即在纳米二氧化硅表面上是未受干扰的、孤立的，对极性物质具有较强的吸附作用，第三种硅羟基是相互缔合在一起的。其中以自由状态存在的硅羟基和以双生状态存在的硅羟基都没有在纳米二氧化硅表面上形成氢键^[4]。

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