CN115159531B - 一种利用超临界co2实现二氧化硅纳米微球塑化变形的方法 - Google Patents

一种利用超临界co2实现二氧化硅纳米微球塑化变形的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于二氧化硅玻璃加工技术领域，公开一种利用超临界CO2实现二氧化硅纳米微球塑化变形的方法。将待处理原料二氧化硅纳米微球分散到乙醇中，获得分散液；然后将其转移至超临界装置中，向超临界装置中注入二氧化碳，在超临界条件下搅拌8‑15h，自然冷却至室温后排出二氧化碳；将超临界处理后的体系分离，将分离所得沉淀物真空冷冻干燥后，得到塑化变形后的二氧化硅。本发明直接处理商业化二氧化硅纳米微球，利用超临界二氧化碳为媒介实现在低温条件下塑化变形，比采用高温熔融法和化学刻蚀法更简单高效且制备技术环保无污染。

Description

一种利用超临界CO2实现二氧化硅纳米微球塑化变形的方法
技术领域
本发明属于二氧化硅玻璃加工技术领域，具体涉及一种利用超临界CO2实现二氧化硅纳米微球塑化变形的方法。
背景技术
氧化硅玻璃是一种化学稳定性、透光性、绝缘性以及力学性能都非常优异的无机材料，在军事、工业和生活中使用广泛。为了进一步拓展氧化硅玻璃材料在航空航天、精密光、电器件领域的应用，需要开发低温无损伤的加工方法，来实现光、电器件中二氧化硅玻璃微纳结构的精密构筑。玻璃材料的加工可追溯到数千年前，但由于玻璃极高的玻璃化温度，以及材料的脆性，主要通过熔融铸造、化学刻蚀、激光辅助和高能离子束照射等方法加工，高达1000 ℃的高温和化学腐蚀性极易对器件造成损伤，加工难度高，需要复杂的设备和高昂的成本。在二氧化硅玻璃加工中，为了实现绿色环保，且破坏性小并能降低成本的目的，要用一种能够在较低温度下实现玻璃塑化变形的技术，这仍然是一种挑战。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷与不足，本发明的目的在于提供一种利用超临界CO2实现二氧化硅纳米微球塑化变形的方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种利用超临界CO2实现二氧化硅纳米微球塑化变形的方法：将待处理原料二氧化硅纳米微球分散到乙醇中，获得分散液；然后将其转移至超临界装置中，向超临界装置中注入二氧化碳，在超临界条件下搅拌8-15h，自然冷却至室温后排出二氧化碳；将超临界处理后的体系分离，将分离所得沉淀物真空冷冻干燥后，得到塑化变形后的二氧化硅。
较好地，所述二氧化硅纳米微球为中空介孔二氧化硅纳米微球（微球粒径为10-100 nm，介孔直径为2-8nm）。
较好地，所述乙醇的体积分数为50-90v%。
较好地，分散液中，二氧化硅纳米微球的浓度为0.5-5.0mg/ mL。
较好地，所述分散采取超声分散，超声时间为10-30min。
较好地，所述超临界条件的参数为：温度32-50℃、压力18-24MPa。
较好地，所述分离为离心分离，离心速率为6000-12000rpm，离心时间为5-15min。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明直接处理商业化二氧化硅纳米微球，利用超临界二氧化碳为媒介实现在低温条件下塑化变形，比采用高温熔融法和化学刻蚀法更简单高效且制备技术环保无污染；本发明制备得到的塑化变形后的二氧化硅具有较大的尺寸；在整个制备过程中，本发明简单易行，操作条件温和，环保无污染，能有效推动二氧化硅玻璃材料的精密加工技术发展，在航空航天、光、电器件等领域有重大的应用前景。
附图说明
图1：原料二氧化硅纳米微球的TEM图。
图2：本发明实施例1超临界二氧化碳处理后的二氧化硅纳米微球的TEM图。
图3：本发明对照例1超临界二氧化碳处理后的二氧化硅纳米微球的TEM图。
图4：本发明对照例2超临界二氧化碳处理后的二氧化硅纳米微球的TEM图。
图5：本发明对照例3超临界二氧化碳处理后的二氧化硅纳米微球的TEM图。
具体实施方式
为使本发明更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
将10 mg中空介孔二氧化硅纳米微球（市购，微球粒径为10-100 nm，介孔直径为2-8nm）加入到10 mL 50 v%乙醇中，超声分散20 min，然后将分散液转移到超临界反应釜中；向超临界反应釜中注入二氧化碳达到超临界状态，温度为40 ℃，压力为20 MPa；在磁力搅拌下反应12 h后，将混合液冷却到室温并释放二氧化碳卸压，再10000 rpm高转速离心分离10 min，取底部沉淀真空冷冻干燥24 h，得到塑化变形的二氧化硅微球。
原料二氧化硅纳米微球的TEM图见图1，本实施例超临界二氧化碳处理后的二氧化硅纳米微球的TEM图见图2，可以看出：超临界二氧化碳处理前，宏观看单个二氧化硅纳米微球保持独立性，边缘轮廓明显，没有堆积，有明显的中空结构；超临界二氧化碳处理后，堆积结构明显，边缘轮廓基本消失，中空结构发生明显坍塌，使得孔道尺寸明显降低，说明二氧化硅纳米微球发生了明显的塑化变形。
对照例1
与实施例1的不同之处在于：超临界的压力调整为12 MPa，其它均同实施例1。
本对照例1超临界二氧化碳处理后的二氧化硅纳米微球的TEM图见图3，可以看出：二氧化硅纳米微球的结构没有明显变化，但堆积结构明显。
对照例2
与实施例1的不同之处在于：超临界的压力调整为16 MPa，其它均同实施例1。
本对照例2超临界二氧化碳处理后的二氧化硅纳米微球的TEM图见图4，可以看出：与对照例1相似，二氧化硅纳米微球的结构没有明显改变，但堆积结构明显。
对照例3
与实施例1的不同之处在于：超临界的温度调整为60 ℃，其它均同实施例1。
本对照例3超临界二氧化碳处理后的二氧化硅纳米微球的TEM图见图5，可以看出：二氧化硅纳米微球的结构与对照例1相似，微球结构没有明显改变，同时也没有明显的堆积结构，在电镜下分散性较好。

Claims (3)

1. 一种利用超临界CO2实现二氧化硅纳米微球塑化变形的方法，其特征在于：将待处理原料二氧化硅纳米微球分散到乙醇中，获得分散液，所述乙醇的体积分数为50-90v%，分散液中二氧化硅纳米微球的浓度为0.5-5.0mg/ mL；然后将其转移至超临界装置中，向超临界装置中注入二氧化碳，在温度40℃、压力20-24MPa的超临界条件下搅拌8-15h，自然冷却至室温后排出二氧化碳；将超临界处理后的体系分离，将分离所得沉淀物真空冷冻干燥后，得到塑化变形后的二氧化硅；所述二氧化硅纳米微球为中空介孔二氧化硅纳米微球。
2.如权利要求1所述的利用超临界CO2实现二氧化硅纳米微球塑化变形的方法，其特征在于：所述分散采取超声分散，超声时间为10-30min。
3.如权利要求1所述的利用超临界CO2实现二氧化硅纳米微球塑化变形的方法，其特征在于：所述分离为离心分离，离心速率为6000-12000rpm，离心时间为5-15min。
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