纳米二氧化硅具有小尺寸效应,表面界面效应、量子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的高强、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。纳米二氧化硅是应用较早的纳米材料之一,关于纳米SiO2在橡胶改性、工程塑料、陶瓷、生物医学、光学、建材、树脂基复合材料改性中的应用已有过许多报道,这里重点介绍纳米氧化硅在其他领域的应用进展。
1 在涂料领域
纳米二氧化硅具有三维网状结构,拥有庞大的比表面积,表现出极大的活性,能在涂料干燥时形成网状结构,同时增加了涂料的强度和光洁度,而且提高了颜料的悬浮性,能保持涂料的颜色长期不退色。在建筑内外墙涂料中,若添加纳米氧化硅,可明显改善涂料的开罐效果,涂料不分层,具有触变性、防流挂、施工性能良好,尤其是抗沾污染性能大大提高,具有优良的自清洁能力和附着力。纳米SiO2还可与有机颜料配用,可获得光致变色涂料,M.P.J.Peeters等用溶胶凝胶法合成了含纳米二氧化硅的全透明的耐温涂料H.Schmidt等合成了很厚的含纳米SiO2的涂料,并耐高温在500℃下没有出现裂缝,Fayna Mamme ri等合成了PMMA-SiO2纳米涂料。明显增强了涂料的弹性和强度。
纳米氧化硅具有常规SiO2所不具有的特殊光学性能,它具有极强的紫外吸收,红外反射 特性。经紫外一可见分光光度计测试表明,它对波长400nm以内的紫外光吸收率高达70%以上,对波长800nm以外的红外光反射率也达70%以上,它添加到涂料中能对涂料形成屏 蔽作用,达到抗紫外老化和热老化的目的,同时增加了涂料的隔热性 徐国财等通过纳米微粒填充法,将纳米氧化硅作掺杂到紫外光同化涂料中,明显地提高了紫外光固化涂料的硬度和附着力,还减弱了紫外光同化涂料吸收UV辐射的程度,从而降低了紫外光同化涂料的同化速度。
2 在粘结剂和密封胶领域
密封胶和粘结剂是量大、使用范围广的重要产品。产品粘度、流动件、旧化速度等 有严格要求。目前,国内高档的密封胶和粘结剂都依赖进口。据介绍,国外在这个领域的产 品已经采用纳米材料作添加剂,而纳米二氧化硅是首选材料。其作用机理是纳米SiO2表面包覆一层有机材料,使之具有疏水特性,将它添加到密封胶中能很快形成一种网络结构,抑制胶体流动,同化速率加快 ,提高粘接效果,同时由于颗粒细小,更增加了胶的密封性。
3 在纺织领域
随着科学技术的发展和人类生活水平的提高,人们对服装提出了舒适、新颖、保健的要求,各种功能化的纺织品应运而生。在此,纳米二氧化硅发挥了巨大的作用,目前,人们已将其应用到防紫外、远红外、抗菌消臭、抗老化等方面。例如,以纳米二氧化硅和纳米二氧化钛的适当配比而成的复合粉体是抗紫外辐射纤维的重要添剂,又如,日本帝人公司将纳米二氧化硅)和纳米ZnO混人化学纤维中,得到的化学纤维具有除臭及净化气的功能,这种纤维可被用于制造长期卧床病人和医院的消臭敷料、绷带、睡农等。
4 在杀菌剂领域
纳米二氧化硅具有生理惰性、高吸附性,在杀菌剂的制备中常用作载体,当纳米SiO2作载体时,可吸附抗菌离子,达到杀菌抗菌的目的,在报道可用于冰箱外壳、电脑键盘等的制造。
5 在催化领域
纳米二氧化硅的比表面积大、孔隙率高、表面活性中心多,在催化剂和催化剂载体方面具有潜在的应用价值。以纳米二氧化硅为基本原料,采和溶胶~凝胶技术,可制备含纳米氧化硅的复合氧化物。此复合氧化物为催化剂载体时,对于许多结构敏感反应,将显示出独特的反应性能。反应的催化活性高,选择性好,反应中能长时间保持催化活性,QuanZhang等以ZrO/ SiO2为催化剂载体,用来催化异丙醇脱水,研究结果表明:反应副产物少,催化效率高,在最佳条件下,其选择性可达100%。目前,常规SiO2(20~100um)用作作催化剂载体实现工业化生产的报道较多,但纳米二氧化硅在此领域实现大规模生产的报道并不多见,应积极开展这方面的研究。
6 在农业及食品领域
近来,发达国家开发了纳米二氧化硅的一些新的应用领域。如在农业中,用纳米二氧化硅制作农业种子处理剂,可使蔬菜(甘蓝、西红柿、黄瓜)、棉花 、玉米、小麦提高产量 ,提前成熟期 。又如纳米SiO2还可应用于除草剂和杀虫剂中,若在颗粒状的杀虫刺配方中,加入少量纳米氧化硅会有效地控制和防止有害物产生。
在食品行业中,纳米氧化硅也有许多应用之处。如添加纳米SiO2的食品包装袋,对水果、蔬菜可起到保鲜作用;应用纳米氧化硅于酒类生产中可起到净化和延长保鲜期的作用;还可作防治水果、蔬菜各种疾病的高效杀菌剂。
7 在润滑油添加剂领域
纳米二氧化硅微粒表面含有大量的羟基和不饱和残键,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,显著改善润滑油的摩擦性能。霍玉秋等发现,润滑油的承载能力在加人纳米SiO2后得到很大提高,当加入量为1.5时,PB值增大了近1倍,李小红等还发现,SiO2纳米微粒作为润滑油添加剂表现出优异的抗磨减摩性能,并对磨损表而起到一定的修复作用。
8 其他领域
纳米氧化硅具有高的表面能和吸附性质,有良好的稳定性及生物亲和性,可作为新型传 感器;利用纳米SiO2无毒、无味、无污染以及耐蚀、可增强、增韧的特性,可大大地提高了人造牙齿的硬度及强度,也改善了其韧性。将纳米二氧化硅应用于电刷镀工艺中,提高镀层的力学性能、改善镀层的微动磨损性能;纳米SiO2可用于油墨中作为分散剂和流量控制剂;在护肤产品、电子组装材料 、隔热材料等方面都有着重要的应用,甚至能节约能源、保护环境。
9 展望
纳米二氧化硅作为纳米材料家族中的一员,对其开发具有重要的实际意义。我国纳米材料的研究已取得许多成果,但纳米SiO2的应用才刚刚起步,随着对纳米SiO2研究的深入,应用领域的扩宽,纳米二氧化硅会进一步工业化,纳米二氧化硅材料也必然引起更多的关注,必将开辟更加广阔的应用前景。