中國粉體網(wǎng)訊 由于納米SiO2的量子尺寸、量子隧道效應(yīng)和它的特殊光、電特性、高磁阻現(xiàn)象、非線性電阻現(xiàn)象以及高溫下仍具有的高強(qiáng)、高韌、穩(wěn)定性好等奇異特性，使納米SiO2可廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，幾乎涉及所有應(yīng)用SiO2粉體的行業(yè)，為傳統(tǒng)產(chǎn)品的提檔升級(jí)換代帶來劃時(shí)代的意義！目前，納米二氧化硅主要應(yīng)用在以下領(lǐng)域：
納米二氧化硅
1、在電子封裝材料中的應(yīng)用
高純球形納米SiO2作為一種新型緊缺礦物材料，由于其具有高介電、高耐熱、高耐濕、高填充量、低膨脹、低應(yīng)力、低雜質(zhì)、低摩擦系數(shù)等優(yōu)越性能，在電子、電器等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路封裝所必需的主要原材料。
目前，國內(nèi)外的電子封裝材料大多為高聚物，其中，采用最為廣泛的是填充70%~90%高純球形納米二氧化硅粉的環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂的高吸水率和粘度限制了它在超大規(guī)模集成電路中的應(yīng)用，可以向環(huán)氧樹脂中添加大量二氧化硅微粉，這樣可降低塑封料的熱膨脹系數(shù)、吸水率、內(nèi)部應(yīng)力、收縮率和改善熱導(dǎo)率。
2、在橡膠改性中的應(yīng)用
橡膠是一種伸縮性優(yōu)異的彈性體，但其綜合性能并不令人滿意，生產(chǎn)橡膠制品過程中常需在膠料中加入炭黑來提高強(qiáng)度、耐磨性和抗老化性，但由于炭黑的加入使得制品均為黑色，且檔次不高。而納米SiO2在我國的問世為生產(chǎn)出色彩新穎、性能優(yōu)異的新一代橡膠制品奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。
3、在涂料中的應(yīng)用
納米SiO2具有常規(guī)SiO2所不具有的特殊光學(xué)性能，它具有極強(qiáng)的紫外吸收，紅外反射特性。它添加到涂料中能令涂料形成屏蔽作用，達(dá)到抗紫外老化和熱老化的目的，同時(shí)增加了涂料的隔熱性。納米SiO2具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，擁有龐大的比表面積，表現(xiàn)出極大的活性，能在涂料干燥時(shí)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)增加了涂料的強(qiáng)度和光潔度，而且還提高了顏料的懸浮性，能保持涂料的顏色長期不變。在建筑內(nèi)外墻涂料中，若添加納米SiO2可明顯改善涂料的開罐效果，涂料不分層，具有觸變性、防流掛、施工性能良好，尤其是抗沾污性能大大提高，具有優(yōu)良的自清潔能力和附著力。納米SiO2還可與有機(jī)顏料配用，可獲得光致變色涂料。
4、在顏料中的應(yīng)用
有機(jī)顏料雖具有鮮艷的色彩和很強(qiáng)的著色力，但一般它的耐光、耐熱、耐溶劑和耐遷移性能往往不及無機(jī)顏料。研究人員通過添加納米SiO2對(duì)有機(jī)顏料進(jìn)行表面改性處理，不但使顏料抗老化性能大幅提高，而且亮度、色調(diào)和飽和度等指標(biāo)也均出現(xiàn)一定程度的提高，極大地拓寬了有機(jī)顏料的檔次和應(yīng)用范圍。
5、在塑料工程中的應(yīng)用
將納米SiO2作為添加劑添加到塑料中，不僅起到常規(guī)SiO2所起的補(bǔ)強(qiáng)效果，而且它還可使塑料具有許多新的特性。將納米SiO2用于對(duì)光學(xué)塑料的表面改性，可以在塑料表面形成硬涂層，改善了塑料表面的耐磨性和抗劃傷性。如日本板硝子公司利用PLD法在塑料表面形成附著力強(qiáng)的致密納米SiO2薄膜，從而獲得改善耐候性、耐藥品性、耐磨性、賦予防污性、提高無機(jī)物質(zhì)的附著性等優(yōu)良的效果。納米SiO2若用于半透明塑料薄膜，可提高薄膜的透明度、強(qiáng)度和韌性，防水性能也大大提高，這類薄膜可以作為特殊用途的高級(jí)薄膜。在通用塑料中，若加入納米粒子能使其達(dá)到工程塑料的性能。如將納米SiO2加入聚丙烯中，其強(qiáng)度可與工程塑料尼龍相媲美。
6、在粘結(jié)劑和密封膠中的應(yīng)用
密封膠、粘結(jié)劑是量大、面廣、使用范圍寬的重要產(chǎn)品。它要求產(chǎn)品粘度、流動(dòng)性、固化速度達(dá)最佳條件。據(jù)報(bào)道，國外在這個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品已經(jīng)采用納米材料作添加劑，而納米SiO2是首選材料。其作用機(jī)理是在納米SiO2表面包覆一層有機(jī)材料，使之具有親水特性，將它添加到密封膠中能很快形成一種硅石結(jié)構(gòu)，即納米SiO2形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，抑制膠體流動(dòng)，固化速率加快，提高粘接效果，同時(shí)由于顆粒小更增加了膠的密封性。
7、在陶瓷制品中的應(yīng)用
陶瓷具有高抗壓強(qiáng)度、耐蝕耐熱、絕緣性好等特點(diǎn)，其缺點(diǎn)是質(zhì)脆，需要高溫?zé)�。研究者們�(cè)谔沾芍破分刑砑舆m量的納米SiO2，大大降低了陶瓷制品的脆性，使其韌性提高幾倍甚至幾十倍，光潔度也明顯提高，還使陶瓷能在較低的溫度下燒制。此外，納米SiO2在陶瓷過濾網(wǎng)、剛玉球等陶瓷產(chǎn)品中應(yīng)用效果也較為顯著。
8、在紡織行業(yè)中的應(yīng)用
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類生活水平的提高，人們對(duì)服裝提出了舒適、新穎、保健的要求，各種功能化的紡織品應(yīng)運(yùn)而生。在此，納米SiO2發(fā)揮了巨大的作用。目前，人們已將其應(yīng)用于防紫外、遠(yuǎn)紅外、抗菌消臭、抗老化等方面。例如，以納米SiO2和納米TiO2的適當(dāng)配比而成的復(fù)合粉體是抗紫外輻射纖維的重要添加劑。又如，日本帝人公司將納米SiO2和納米ZnO混入化學(xué)纖維中，得到的化學(xué)纖維具有除臭及凈化空氣的功能。這種纖維可被用于制造長期臥床病人和醫(yī)院的消臭敷料、繃帶、睡衣等。
9、在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用
20世紀(jì)80年代初，人們開始利用納米微粒實(shí)現(xiàn)細(xì)胞分離，建立用納米SiO2微粒進(jìn)行細(xì)胞分離的新技術(shù)。該法主要是先制備納米SiO2微粒（粒徑15~20nm），再將其表面包覆單分子層，包覆層的選擇主要根據(jù)所要分離的細(xì)胞種類而定，然后制取含有多種細(xì)胞的聚乙烯毗咯烷酮膠體溶液；接著將納米SiO2包覆粒子均勻分開到含有多種細(xì)胞的聚乙烯毗咯烷酮膠體溶液中；再通過離心技術(shù)，利用密度梯度原理將所需要的細(xì)胞分離出來。此法的優(yōu)點(diǎn)是易形成密度梯度，實(shí)現(xiàn)納米SiO2粒子與細(xì)胞的快速分離，而且納米SiO2粒子一般不會(huì)與膠體溶液和生物溶液反應(yīng)，也不會(huì)污染生物細(xì)胞。
納米SiO2具有高吸收性、分散性、增稠性，在藥物制劑中得到了廣泛的應(yīng)用。如在雷尼替丁、甲晴米胺、派侖西平等藥物中，加入少量的納米SiO2可改變其流動(dòng)性；加入少量的納米SiO2于灰黃霉素中，可改變其溶解速度，即改變難溶藥物在水中的分散性和吸收性；加入少量的納米SiO2于含有阿司匹林的藥粉中，會(huì)改變藥粉的抗靜電性。另外，醫(yī)學(xué)工程中，用各種納米粒子注入人體的各個(gè)部位可檢查診斷病變和治療，如用納米SiO2微�？蛇M(jìn)行定位病變治療。
10、在光學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用
納米材料合成的單層薄膜和多層薄膜主要用來作為紅外線反射材料。納米微粒的膜材料在燈泡工業(yè)中有著良好的應(yīng)用前景。20世紀(jì)80年代以來，人們用納米SiO2和TiO2制成多層干涉膜，襯在燈泡罩的內(nèi)壁，結(jié)果不但透光率好，而且有很強(qiáng)的紅外反射能力，有這種多層膜的燈泡可節(jié)電13.15％。納米微粒作為光纖材料可以大大降低光導(dǎo)纖維傳輸損耗。高純度的納米SiO2作為光導(dǎo)纖維，對(duì)波長大于600nm的光的傳輸損耗小于10db/km，此值比以常規(guī)SiO2材料的光傳輸損耗小許多倍。
11、在殺菌劑中的應(yīng)用
納米SiO2具有生理惰性、高吸附性，在殺菌劑的制備中常用作載體。當(dāng)納米SiO2作載體時(shí)，可吸附抗菌離子，達(dá)到殺菌抗菌的目的，有報(bào)道產(chǎn)品可用于冰箱外殼、電腦鍵盤等的制造。國內(nèi)研究人員利用納米SiO2龐大的比表面積、表面多介孔結(jié)構(gòu)和超強(qiáng)的吸附能力以及奇異的理化特性，將銀離子等功能離子均勻地設(shè)計(jì)到納米SiO2表面的介孔中，成功開發(fā)出高效、持久、耐高溫、廣譜抗菌的納米抗菌粉（粒徑只有70納米左右），其主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或超過日本同類產(chǎn)品。
12、在樹脂基復(fù)合材料改性中的應(yīng)用
（1）不飽和聚酯樹脂改性
樹脂基復(fù)合材料雖有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，但也有其不足之處。如樹脂基本身硬度較低，莫氏硬度一般只有2級(jí)左右（相當(dāng)于石膏的硬度），耐磨性也較差。若添加納米SiO2于樹脂材料中，可大大改善其各項(xiàng)性能。據(jù)報(bào)道，添加納米SiO2于不飽和聚酯樹脂中，所得材料的莫氏硬度可接近天然大理石硬度（3級(jí)），抗拉強(qiáng)度提高1倍以上，耐磨性也可提高1~2倍。而且表面光潔度好，耐水性、耐熱性都有了較大的改善。
（2）環(huán)氧樹脂復(fù)合材料改性
環(huán)氧樹脂具有良好的機(jī)械、電氣、粘結(jié)性、化學(xué)穩(wěn)定性等性能，使其在粘合劑、電氣絕緣材料和復(fù)合材料等方面有著重要的應(yīng)用，但是，環(huán)氧樹脂最大的弱點(diǎn)是固化物的脆性大。傳統(tǒng)的增韌方法可使材料強(qiáng)度成倍提高，卻不可避免地使材料的其它性能有所下降。納米技術(shù)的興起，為這種材料的改性迎來了新的革命。把納米SiO2添加到環(huán)氧樹脂中，在結(jié)構(gòu)上完全不同于粗晶SiO2添加的環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，粗晶SiO2一般作為補(bǔ)強(qiáng)劑加入，它主要分布在高分子材料的鏈間中，而納米SiO2由于表面嚴(yán)重的配位不足、龐大的比表面積以及表面欠氧等特點(diǎn)，使它表現(xiàn)出極強(qiáng)的活性，很容易和環(huán)氧環(huán)狀分子的氧起鍵合作用，提高了分子間的鍵力，同時(shí)尚有一部分納米SiO2顆粒仍然分布在高分子鏈的空隙中，與粗晶SiO2相比較，表現(xiàn)很高的流漣性，從而使納米SiO2添加的環(huán)氧樹脂材料強(qiáng)度、韌性、延展性均大幅度提高。
（3）聚丙烯樹脂改性
在聚丙烯樹脂中添加2%~5％的納米SiO2制成聚丙烯產(chǎn)品，其強(qiáng)度和韌性明顯提高，具有良好的低溫沖擊性能，且尺寸穩(wěn)定，加工性能改善，有較好的表面光潔度，適合于制作汽車車身防護(hù)板、保險(xiǎn)杠和設(shè)備儀表組件等，可代替尼龍改性聚苯醚和塑料合金等高級(jí)材料，從而降低汽車生產(chǎn)成本。
13、在催化劑和催化劑載體方面的應(yīng)用
納米SiO2的比表面積大、孔隙率高、表面活性中心多，在催化劑和催化劑載體方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。以納米SiO2為基本原料，采用溶膠-凝膠技術(shù)，可制得含納米SiO2的復(fù)合氧化物。此復(fù)合氧化物為催化劑載體時(shí)，對(duì)于許多結(jié)構(gòu)敏感反應(yīng)，將顯示出獨(dú)特的反應(yīng)性能。反應(yīng)的催化活性高，選擇性好，反應(yīng)中能長時(shí)間保持催化活性。研究人員以ZrO2/SiO2為催化劑載體，用來催化異丙醇脫水，研究結(jié)果表明：反應(yīng)副產(chǎn)物少，催化效率高，在最佳條件下，其選擇性可達(dá)100％。目前，常規(guī)SiO2(20~100um）用作催化劑載體實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的報(bào)道較多，但納米SiO2在此領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的報(bào)道并不多見。
14、在農(nóng)業(yè)及食品行業(yè)中的應(yīng)用
在農(nóng)業(yè)中，應(yīng)用納米SiO2制作農(nóng)業(yè)種子處理劑，可使蔬菜（甘藍(lán)、西紅柿、黃瓜）、棉花、玉米、小麥提高產(chǎn)量，提前成熟期。又如納米SiO2還可應(yīng)用于除草劑和殺蟲劑中，若在顆粒狀的殺蟲劑配方中加入少量納米SiO2會(huì)有效地控制和防止有害物產(chǎn)生。
在食品行業(yè)中，納米SiO2也有許多應(yīng)用之處。如添加納米SiO2的食品包裝袋，對(duì)水果、蔬菜可起到保鮮作用；應(yīng)用納米SiO2于酒類生產(chǎn)中可起到凈化和延長保鮮期的作用；還可用作防治水果、蔬菜各種疾病的高效殺菌劑。
15、在化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用
二氧化硅納米顆�；瘜W(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，在紫外光照射下不易分解，滿足了化妝品及防曬用品需對(duì)日光紫外線具屏蔽能力的要求，并且顆粒顏色為白色，所以添加于化妝品中不但可達(dá)到防曬效果，也可以實(shí)現(xiàn)美白功效。
16、在彩色噴墨打印中的應(yīng)用
將納米二氧化硅應(yīng)用在彩色噴墨打印中，可以提高打印質(zhì)量、縮小墨點(diǎn)面積、提高色密度、增強(qiáng)圖像逼真度，這是因?yàn)槠渚哂袃?yōu)良的固墨性能和特定的微孔網(wǎng)絡(luò)。
參考來源：
丁藝：高純納米球形SiO2的制備與表征，成都理工大學(xué)
張飛飛：二氧化硅納米顆粒的功能化改性及應(yīng)用研究，濟(jì)南大學(xué)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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