金属或金属氧化物纳米颗粒的二氧化硅复合微球及其制备方法技术

一种金属或金属氧化物纳米颗粒的二氧化硅复合微球，该二氧化硅复合微球的直径为100-1000纳米，微球中金属或金属氧化物以多个纳米颗粒的形式均匀分散在二氧化硅微球的内部或表面。其制备方法为：在三维有序大孔碳模板中沉积硝酸盐，然后隔绝空气加热，使硝酸盐分解为金属或金属氧化物，再经过二氧化硅溶胶凝胶、烧结、研磨等过程得到金属或金属氧化物纳米颗粒均匀分布的二氧化硅复合微球。这种复合微球可以用于制备特种玻璃材料的功能填料。解决了金属或金属氧化物纳米颗粒基体材料中均匀分散的问题。

【技术实现步骤摘要】
金属或金属氧化物纳米颗粒的二氧化硅复合微球及其制备方法
本专利技术涉及一种用于制备特种玻璃、特种陶瓷材料的填料。具体涉及一种金属或金属氧化物纳米颗粒的二氧化硅复合微球。
技术介绍
目前常见的玻璃包括硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、硫系玻璃和卤化物玻璃等。其中硅酸盐玻璃的主要成分是二氧化硅，可能还含有碱金属、碱土金属或其他氧化物等次要成分。按照次要成分的不同含量，又分为石英玻璃、高硅氧玻璃、钠钙玻璃、铅硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等等。通过向硅酸盐玻璃中掺杂金属离子可以赋予玻璃特殊的性能。比如，向硅酸盐玻璃中添加铅离子制备的铅硅酸盐玻璃具有高折射率和高体积电阻，可以制造灯泡、真空管芯柱、特种光学玻璃、屏蔽X射线和γ射线的特种玻璃等。掺杂氧化铝的铝硅酸盐玻璃软化变形温度高，可以用于制作放电灯泡、高温玻璃温度计、化学燃烧管。掺杂氧化硼的硼硅酸盐玻璃具有良好的耐热性和化学稳定性，可以制造金属焊封玻璃、实验室仪器、烹饪器具等。在光学透镜领域，树脂材料已经逐步取代玻璃材料用于制造各种近视镜片、老花镜片、护目镜、光学镜头等等。但是，在一些特殊领域，比如特种护目镜、特种透镜、一些光学仪器、反光镜、汽车后视镜等，玻璃镜片材料仍然被广泛应用。因此，金属或金属氧化物掺杂的玻璃镜片具有重要的应用价值。陶瓷的种类繁多，包括氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷等等。通过向陶瓷中添加金属或金属氧化物组分，可以制备金属陶瓷。例如氧化物基金属陶瓷，碳化物基金属陶瓷，硼化物基金属陶瓷等，也是现代陶瓷中的重要品种。这些金属或金属氧化物组分会给陶瓷带来一些特殊的性能。比如更优异的力学性能、铁电性能、压电性能等等。因此，向陶瓷中添加金属或金属氧化物是改性陶瓷的重要手段。在玻璃领域，向硅酸盐玻璃中掺杂金属的常用方法为：将金属离子或金属氧化物与二氧化硅或硅酸盐混合，经过高温熔融可以得到各种硅酸盐玻璃。其中二氧化硅会构成玻璃的主要分子网络，而金属离子会进入二氧化硅网络成为玻璃的改性组分，即这些金属离子与二氧化硅不会形成明显的分区，而是以离子形式均匀分布在玻璃中。金属离子在金属陶瓷中的分布也具有类似的特点。纳米材料由于具有小尺寸效应、高的比表面积、量子效应等特性具备体相材料所不具备的性能。如果将纳米颗粒分散到玻璃或陶瓷中，由于纳米材料是独立的分散相，将会更好地保留自身的纳米特性，从而使玻璃或陶瓷具有特殊的性能。纳米材料以纳米粒子的形式分散在基体材料过程中，这些纳米材料很容易团聚在一起，从而使体相材料的性能不均一，甚至会破坏体相材料固有的性能。因此，如何将纳米材料均匀地分散是制备特种玻璃/陶瓷材料的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种金属或金属氧化物纳米颗粒的二氧化硅复合微球，多个金属或金属氧化物纳米颗粒在二氧化硅微球内部均匀分布，将这种复合微球作为填料加入玻璃或陶瓷中，可以使纳米颗粒均匀分散到玻璃或陶瓷的基体中，从而得到保留有金属或金属氧化物纳米颗粒特性的特种玻璃或特种陶瓷。采用该复合微球制备的玻璃具有阻隔蓝光特性。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种金属或金属氧化物纳米颗粒的二氧化硅复合微球，该二氧化硅复合微球的直径为100-1000纳米，微球中金属或金属氧化物以多个纳米颗粒的形式均匀分散在二氧化硅微球的内部或表面；其中，金属为锌、铁、锡、铅、铜、银、铂或金，金属氧化物为氧化钠、氧化钾、氧化钙、氧化锌、氧化铁、氧化锡、氧化铅、氧化铜、氧化镁、氧化钡、氧化锶、氧化铝、氧化镓、氧化铟、氧化铊、氧化锗、氧化锡、氧化铅、氧化锑、氧化铋或氧化钋。另一方面，本专利技术提供如上所述的金属或金属氧化物纳米颗粒的二氧化硅复合微球的制备方法，该方法包括如下步骤：在三维有序大孔碳模板中沉积所述金属的硝酸盐；然后将模板隔绝空气加热至400～600℃，使硝酸盐分解为金属或金属氧化物；再将模板浸入硅酸四乙酯溶胶中，经过凝胶、干燥、烧结、研磨，得到金属或金属氧化物纳米颗粒均匀分布的二氧化硅复合微球。如上所述的金属纳米颗粒的二氧化硅复合微球的制备方法，优选地，该方法包括如下步骤：1)将硝酸盐溶于乙醇的水溶液，乙醇的质量浓度为10％-100％，得到硝酸盐溶液，硝酸盐的质量浓度为0.1％-40％；该硝酸盐为硝酸银、硝酸铂或硝酸金；2)将三维大孔碳模板浸入步骤1)获得的硝酸盐溶液；经过干燥，得到沉积了硝酸盐的模板；随后将模板隔绝空气升温至400～600℃，硝酸盐分解为金属和二氧化氮，金属沉积在模板中；3)将正硅酸四乙酯溶于乙醇、水和/或酸的混合溶液，其中，正硅酸四乙酯1-80重量份，乙醇0-90重量份，水0.1-10重量份，氢离子的摩尔浓度为0-10mol/L，搅拌混合均匀，得到硅酸四乙酯溶胶；4)将步骤2)中沉积了金属颗粒的模板浸入步骤3)中制备的硅酸四乙酯溶胶中，缓慢挥发溶剂，使模板上的硅酸四乙酯溶胶凝胶；5)将步骤4)获得的模板在600℃以上通空气灼烧，模板燃烧去除，得到初步产物；6)将步骤5)中的初步产物研磨、分散到水中用超声分散，干燥，得到金属纳米颗粒的二氧化硅复合微球。如上所述的金属纳米颗粒的二氧化硅复合微球的制备方法，优选地，所述步骤3)中正硅酸四乙酯30～50重量份，乙醇49～69重量份，水1重量份，氢离子的摩尔浓度为0.001～0.01mol/L。如上所述的金属氧化物纳米颗粒的二氧化硅复合微球的制备方法，优选地，该方法包括如下步骤：1)将硝酸盐溶于乙醇的水溶液，乙醇的质量浓度为10％-100％，得到硝酸盐溶液，硝酸盐的质量浓度为0.1％-40％；该硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、硝酸镁、硝酸钡、硝酸锶、硝酸铝、硝酸镓、硝酸铟、硝酸铊、硝酸锗、硝酸锡、硝酸铅、硝酸锑、硝酸铋或硝酸钋；2)将三维大孔碳模板浸入步骤1)获得的硝酸盐溶液；经过干燥，得到沉积了硝酸盐的模板；随后将模板隔绝空气升温至400～600℃，硝酸盐分解为金属氧化物和二氧化氮，金属氧化物沉积在模板中；3)将正硅酸四乙酯溶于乙醇、水和/或酸的混合溶液，正硅酸四乙酯1-80重量份，乙醇0-90重量份，水0.1-10重量份，氢离子的摩尔浓度为0-10mol/L，搅拌混合均匀，得到硅酸四乙酯溶胶；4)将步骤2)中沉积了金属氧化物的模板浸入步骤3)中制备的硅酸四乙酯溶胶中，缓慢挥发溶剂，使模板上的硅酸四乙酯溶胶凝胶；5)将步骤4)获得的模板在600℃以上通空气灼烧，模板燃烧去除，得到初步产物；6)将步骤5)中的初步产物研磨、分散到水中用超声分散，得到金属氧化物纳米颗粒的二氧化硅复合微球。如上所述的金属纳米颗粒的二氧化硅复合微球的制备方法，优选地，所述步骤3)中正硅酸四乙酯30～50重量份，乙醇49～69重量份，水1重量份，氢离子的摩尔浓度为0.001～0.01mol/L。如上所述的金属氧化物纳米颗粒的二氧化硅复合微球的制备方法，优选地，该方法包括如下步骤：1)将硝酸盐溶于乙醇的水溶液，乙醇的质量浓度为10％-100％，得到硝酸盐溶液，硝酸盐的质量浓度为0.1％-40％；该硝酸盐为硝酸锌、硝酸铁、硝酸锡、硝酸铅、硝酸铜；2)将三维大孔碳模板浸入步骤1)获得的硝酸盐溶液；经过干燥，得到沉积了硝酸盐的模板；随后将模板隔绝空气升温至400～600℃，硝酸盐分解为金属氧化物和二氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属或金属氧化物纳米颗粒的二氧化硅复合微球，其特征在于，该二氧化硅复合微球的直径为100‑1000纳米，微球中金属或金属氧化物以多个纳米颗粒的形式均匀分散在二氧化硅微球的内部或表面；其中，金属为锌、铁、锡、铅、铜、银、铂或金，金属氧化物为氧化钠、氧化钾、氧化钙、氧化锌、氧化铁、氧化锡、氧化铅、氧化铜、氧化镁、氧化钡、氧化锶、氧化铝、氧化镓、氧化铟、氧化铊、氧化锗、氧化锡、氧化铅、氧化锑、氧化铋或氧化钋。

【技术特征摘要】
1.一种金属或金属氧化物纳米颗粒的二氧化硅复合微球的制备方法，该二氧化硅复合微球的直径为100-1000纳米，微球中金属或金属氧化物以多个纳米颗粒的形式均匀分散在二氧化硅微球的内部或表面；其中，金属为锌、铁、锡、铅、铜、银、铂或金，金属氧化物为氧化钠、氧化钾、氧化钙、氧化锌、氧化铁、氧化锡、氧化铅、氧化铜、氧化镁、氧化钡、氧化锶、氧化铝、氧化镓、氧化铟、氧化铊、氧化锗、氧化锑、氧化铋或氧化钋；其特征在于，该方法包括如下步骤：在三维有序大孔碳模板中沉积所述金属的硝酸盐；然后将模板隔绝空气加热至400～600℃，使硝酸盐分解为金属或金属氧化物；再将模板浸入硅酸四乙酯溶胶中，经过凝胶、干燥、烧结、研磨，得到金属或金属氧化物纳米颗粒均匀分布的二氧化硅复合微球。2.如权利要求1所述的金属纳米颗粒的二氧化硅复合微球的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)将硝酸盐溶于乙醇的水溶液，乙醇的质量浓度为10％-100％，得到硝酸盐溶液，硝酸盐的质量浓度为0.1％-40％；该硝酸盐为硝酸银、硝酸铂或硝酸金；2)将三维大孔碳模板浸入步骤1)获得的硝酸盐溶液；经过干燥，得到沉积了硝酸盐的模板；随后将模板隔绝空气升温至400～600℃，硝酸盐分解为金属和二氧化氮，金属沉积在模板中；3)将正硅酸四乙酯溶于乙醇、水和/或酸的混合溶液，其中，正硅酸四乙酯1-80重量份，乙醇0-90重量份，水0.1-10重量份，氢离子的摩尔浓度为0-10mol/L，搅拌混合均匀，得到硅酸四乙酯溶胶；4)将步骤2)中沉积了金属颗粒的模板浸入步骤3)中制备的硅酸四乙酯溶胶中，缓慢挥发溶剂，使模板上的硅酸四乙酯溶胶凝胶；5)将步骤4)获得的模板在600℃以上通空气灼烧，模板燃烧去除，得到初步产物；6)将步骤5)中的初步产物研磨、分散到水中用超声分散，干燥，得到金属纳米颗粒的二氧化硅复合微球。3.如权利要求1所述的金属氧化物纳米颗粒的二氧化硅复合微球的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)将硝酸盐溶于乙醇的水溶液，乙醇的质量浓度为10％-100％，得到硝酸盐溶液，硝酸盐的质量浓度为0.1％-40％；该硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、硝酸镁、硝酸钡、硝酸锶、硝酸铝、硝酸镓、硝酸铟、硝酸铊、硝酸锗、硝酸锑、硝酸铋或硝酸钋；2)将三维大孔碳模板浸入步骤1)获得的硝酸盐溶液；经过干燥，得到沉积了硝酸盐的模板；随后将模板隔绝空气升温至400～...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪立军，范为正，王明华，徐静涛，张鹤军，刘建中，
申请(专利权)人：江苏视客光电新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32