氧化硅内核结构对核/壳包覆型SiO_2/CeO_2复合颗粒抛光性能的影响

设计合成了以具有放射状介孔孔道(孔径约2.6 nm)的介孔氧化硅(mSiO_2)微球(粒径约300 nm)为内核、以CeO_2纳米颗粒为包覆层(壳厚为15~20 nm)的m SiO_2/CeO_2复合颗粒(粒径在330~340 nm),使用场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、傅里叶转换红外光谱和氮气吸脱附等手段表征了样品的结构。结果表明,使用以实心氧化硅(sSiO_2)为内核的sSiO_2/CeO_2复合颗粒抛光的热氧化硅片其表面粗糙度均方根值(Root-mean-square roughness,RMS)为0.309 nm,材料的去除率(Material removal rate,MRR)为24 nm/min)。mSiO_2/CeO_2复合颗粒有利于得到更低的氧化硅片抛光表面粗糙度(RMS=0.267 nm)和更高的抛光速率(MRR=45 nm/min),且能避免出现划痕等机械损伤。SiO_2/CeO_2复合颗粒中的氧化硅内核结构,对其抛光特性有明显的影响。     

核/壳结构PS/_MSiO_2复合颗粒的制备和压缩弹性模量

以用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)表面修饰的聚苯乙烯(PS,约260 nm)微球为内核并利用PVP与十六烷基三甲基溴化铵之间的液相协同自组装过程,制备出以介孔氧化硅(Mesoporous silica,MSiO_2)为包覆层的核/壳结构PS/MSiO_2复合颗粒。结果表明,在样品壳层中有大量的放射状介孔孔道,壳层的厚度约为60 nm;样品的比表面积为848 g/m2,平均孔径为2.54 nm。根据单个复合颗粒的力曲线,使用Hertz弹性接触模型拟合出样品的压缩弹性模量为(4.47±0.83)(泊松比取值0.33)和(4.89±0.89)GPa(泊松比取值0.2)。对比结果表明,壳层中丰富介孔孔道有利于提高有机/无机复合颗粒的弹性响应。     

内核尺寸对核/壳结构PS/SiO_2复合磨料抛光特性的影响

核/壳结构有机/无机复合微球作为一种新型抛光介质,在实现高效无损伤抛光方面具有重要的应用价值。以无皂乳液聚合法制备的聚苯乙烯(PS)为内核,通过溶胶-凝胶法合成了一系列具有不同内核尺寸的PS/SiO2复合微球。利用FT-IR、FESEM和TEM等手段对样品进行表征,并借助AFM考察了复合磨料内核尺寸对SiO2介质层抛光质量的影响规律。结果表明,所制备单分散PS微球尺寸在200~600 nm,复合微球的壳层由SiO2纳米颗粒(5~10nm)所组成,壳厚在10~15 nm。材料去除率(MRR)随复合磨料内核尺寸的减小而降低,而抛光后晶片表面粗糙度(RMS)的变化则不明显。当复合磨料内核尺寸为210 nm时,抛光后RMS和MRR分别为0.217 nm和126.2 nm/min。提出将核壳结构有机/无机复合磨料理解成一种表面布满无机纳米颗粒的微型"抛光垫",尝试用有效磨料数量以及壳层中单个SiO2颗粒的压入深度对CMP实验结果进行解释,并进一步讨论了有机内核在抛光过程中的作用。     

介孔氧化硅/氧化铈核壳双相复合颗粒的制备及其光催化降解活性

将CeO₂纳米粒子负载在介孔氧化硅(W-mSiO₂)支撑体上,制备了核壳结构的W-mSiO₂/CeO₂双相光催化复合颗粒。用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、氮气吸脱附、STEM-EDX mapping、Raman光谱、荧光光谱、紫外-可见漫反射光谱等手段分析样品的结构和性质,考察了复合光催化材料对亚甲基蓝(MB)的光催化降解反应活性。结果表明,复合颗粒中介孔氧化硅内核的尺寸为180~200 nm、比表面积高达1627 m²/g,包覆层(厚度约20 nm)由大量尺寸为数纳米的氧化铈粒子组成。介孔内核对MB有较强的吸附能力,使之富集在CeO₂活性粒子周围,从而提高了复合颗粒对MB的光催化降解效果。对壳层CeO₂纳米粒子进行Er³⁺掺杂改性并在非氧化性气氛(氮气)中保护煅烧,有助于进一步提高复合颗粒对MB的光催化降解活性。     

介孔SiO2负载和包覆的纳米金属颗粒的制备与研究

制备了以SiO2为核、介孔SiO2为壳的核-壳颗粒负载纳米金属颗粒以及介孔SiO2壳层包覆SiO2负载的纳米金属颗粒。结果表明,十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)作为模板剂,有助于介孔SiO2壳层包覆SiO2核的结构形成,介孔SiO2壳层的孔径方向垂直于SiO2核的表面;在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的稳定作用下,Pt纳米颗粒能均匀地分布在介孔SiO2壳层的表面。单分散SiO2颗粒经过3-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)功能化后,可负载纳米金属颗粒。进一步研究表明,以SiO2负载纳米金属颗粒为核,NH3.H2O,乙醇和水为分散剂,CTAB为模板剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,还能制备介孔SiO2壳包覆SiO2负载的纳米金属颗粒,而且介孔SiO2壳层的厚度可通过TEOS的含量调节。     

Sm掺杂核-壳结构介孔SiO2@CeO2复合颗粒的制备和抛光性能

在低模量介孔SiO2(Mesoporous silica, mSiO2)微球表面负载Sm掺杂CeO2纳米粒子,制备了具有均匀完整核-壳结构的非刚性mSiO2@Ce1-xSmxO2(x=0, 0.23)复合颗粒。借助XRD、 SEM、 HRTEM、 STEM-EDX Mapping、 Raman光谱和N2吸-脱附等技术对产物进行结构表征,利用AFM和三维光学轮廓仪评价Sm元素掺杂处理对mSiO2@Ce1-xSmxO2(x=0, 0.23)复合颗粒抛光效果的影响。讨论了Sm掺杂复合磨粒的高效无损超精密抛光机制。结果表明:掺杂处理可使mSiO2@Ce1-xSmxO2(x=0, 0.23)复合颗粒的抛光效率提高近36%,达到84 nm/min,同时获得具有原子量级精度的加工表面,抛光后SiO2薄膜的粗糙度平均值和均方根分别为0.14和0.17 nm。     

树枝状介孔氧化硅磨粒的制备和抛光性能

使用油水双相分层反应体系(以萘烷为上层油相)制备了具有Y型孔道的树枝状介孔氧化硅颗粒(DMSPs)。透射电镜、扫描电镜、X射线衍射、氮气吸附/脱附和粒度分布的测试结果表明:所得DMSPs样品的粒径为72±6 nm,在液相环境中粒度的分布较窄;其内部的三维中心辐射状介孔孔径为6~8 nm,但是孔道结构没有长程有序性。氧化硅片经DMSPs磨粒抛光后表面的粗糙度均方根值由0.76下降至0.21 nm,最大轮廓波峰高度由1.48下降至0.50 nm、最大波谷深度则由1.86下降至0.45 nm,材料去除率高达187 nm/min。讨论了DMSPs磨粒在界面摩擦磨损和接触粘附过程中的作用机制。     

Al_2O_3/SiO_2/介孔SiO_2包覆型复合磨料的制备及表征研究

先以纳米Al_2O_3为核,Na_2SiO_3和柠檬酸为原料,采用非均匀成核法制备出Al_2O_3/SiO_2包覆型复合纳米粉体;再以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为介孔模板剂,通过自组装法制得Al_2O_3/SiO_2/介孔SiO_2包覆型复合磨料;并借助X射线衍射、红外光谱、透射电镜、能谱和N_2吸附-脱附等手段对样品进行表征。结果表明:SiO_2和介孔SiO_2依次包覆在Al_2O_3表面形成了Al_2O_3/SiO_2/介孔SiO_2包覆型复合磨料,其具有MCM-48型介孔孔道结构,平均孔径为2.3nm,比表面积为454m~2/g,孔体积为0.43cm~3/g。     

CdSe/SiO2复合微球的光电性及在安培型生物传感器中的应用

利用介孔材料纳米孔道作为微反应器,将带正电荷的Cd离子与介孔二氧化硅(SiO2)表面带有负电荷的-SiOH相互静电吸附生成Cd-O-Si,然后采用低温方法使其与SeSO32-反应,缓慢生长,形成CdSe纳米晶.XRD和高倍透射电镜说明介孔孔道中生成了CdSe纳米颗粒.利用CdSe/SiO在UV激发下产生光电流的特性,用得到的CdSe/SiO复合微球作载体固定辣根过氧化物酶HRP,在OTE涂上一层HRP/CdSe/SiO2膜,应用到H2O2生物传感器的检测.过氧化物酶-电极系统内,在紫外光(UV)365nm波长照射下,由CdSe/SiO2产生的光电子和电极提供的电子同时对H2O2进行还原,产生的空穴被CdSe和SiO2的界面捕获,提高了反应速度.     

染料敏化太阳电池有序介孔SiO2/离子液体凝胶电解质的研究

以P123为模板剂,采用溶胶-凝胶法制备有序介孔SiO2,用N2吸附、扫描电镜及透射电镜对样品进行分析.结果表明,制备的介孔SiO2呈短棒状,具有有序柱状孔结构,平均孔径为5.75nm.有序介孔SiO2固化二元离子液体(1-甲基-丙基咪唑碘/1-甲基-己基咪唑碘)形成凝胶电解质.由于凝胶电解质中离子液体在介孔SiO2的孔道中有序排列,使凝胶电解质I3-的扩散系数增大,从而降低了电解质的内阻,抑制了染料敏化纳晶多孔膜-凝胶电解质界面的复合反应,使凝胶电解质染料敏化太阳电池具有较大的开路电压和填充因子,光电转换效率达到5.22%.     

聚苯乙烯/纳米SiO2复合颗粒制备与表征

为改善二氧化硅(SiO2)纳米粒子与聚合物基体间的亲和性,使SiO2表面功能化,将硅烷偶联剂KH-570引入C=C基团,采用乳液聚合方法在纳米SiO2粒子表面接枝苯乙烯(St)单体,实现了纳米二氧化硅表面的聚苯乙烯(PS)高分子包覆改性,制备了具有核/壳结构的SiO2-PS复合纳米粒子,产物的单体转化率和接枝效率在80%以上.研究了二氧化硅含量和偶联剂用量对聚合反应的单体转化率和接枝效率的影响,探讨了偶联剂的作用机理,利用FT-IR、TEM、TG对SiO2-PS复合粒子的表面结构进行了表征.结果表明,复合粒子具有明显的核壳结构,壳层厚度在20nm左右,乳液聚合过程可有效使二氧化硅的团聚体剥离呈纳米级颗粒.     

Ag@SiO_2/Eu(Ⅲ)配合物纳米复合颗粒的制备及荧光性能研究

通过三步反应成功将铕配合物(EuTP)包覆在纳米核壳结构Ag@SiO2复合颗粒的表面。采用化学还原法制备了粒径25~30nm且分散性良好的纳米银溶胶;然后采用改进的Stber法制备了壳层厚度在20nm左右的Ag@SiO2复合颗粒;以氧化铕、α-噻吩甲酰三氟丙酮、邻菲罗啉为原料制备EuTP,并成功包覆在核壳结构的表面。分别采用TEM、FTIR、XRD等对样品的结构进行了表征,并通过对比相同浓度的三价铕的配合物EuTP与复合粒子Ag@SiO2@EuTP的荧光发射光谱发现,SiO2壳层厚度在20nm左右时Eu配合物的荧光强度明显增强,而且随着核壳结构表面配合物浓度的增大,包覆层的厚度增大,荧光强度也呈现增强趋势,对于稀土的研究具有重要的意义。     

静电自组装制备复合磨粒及其 对铜的抛光特性研究

研究苯代三聚氰胺甲醛（BGF）微球与阳离子型聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDADMAC）、阴离子型聚电解质聚4－苯乙烯璜酸钠（PSS）之间的吸附特性,利用静电自组装技术改变和控制BGF微球的荷电特性,制备出不同形式的PEi BGF/SiO2复合磨粒,以Zeta电位、透射电子显微镜（TEM）和热重分析（TG）等手段对复合磨粒进行了表征,并利用这些复合磨粒制备了铜片抛光用的复合磨粒抛光液。抛光试验表明,吸附在聚合物微球表面和游离于抛光液中的SiO2磨粒在抛光中均起到材料去除作用。传统单一SiO2磨粒抛光液的铜材料去除率为264 nm/min,PE0 BGF/SiO2混合磨粒抛光液的铜材料去除率为348 nm/min,PE3 BGF/SiO2复合磨粒抛光液的铜材料去除率为476 nm/min。经上述3种抛光液抛光后的铜表面,在5 μm×5 μm范围内,表面粗糙度Ra从0.166 μm分别降至3.7 nm、2.6 nm和1.5 nm,峰谷值Rpv分别小于20 nm、14 nm和10 nm,复合磨粒抛光液对铜片有良好的抛光性能。     

SiO2纳米壳的厚度对羰基铁/SiO2核壳复合粒子的性能影响

以聚乙烯毗咯烷酮作表面改性剂，用溶胶-凝胶法，通过控制反应时间，在羰基铁粒子表面均匀快速地包覆不同厚度的SiO2纳米壳层，并研究了SiO2纳米壳层厚度对羰基铁／SiO2核壳复合粒子的抗热氧化性能、静磁性能、微波介电常数和吸波性能的影响．结果表明：增加SiO2纳米壳层的厚度，羰基铁／SiO2核壳复合粒子的抗热氧化能力提高，比饱和磁化强度出现最大值，矫顽力和剩余磁化强度出现最小值，微波介电常数单调降低；用其制备的吸波涂层材料在壳层厚度为15nm时，反射损耗≤-8dB的带宽达到最大值，超过10GHz，     

壳层厚度对核-壳结构PS-SiO_2杂化颗粒压缩弹性模量的影响

基于正负电荷间的静电作用制备了具有核-壳结构的聚苯乙烯-氧化硅(PS-SiO2)杂化颗粒,通过调节正硅酸乙酯的用量对样品的SiO2壳层厚度进行控制。利用原子力显微镜(AFM)在微观尺度上测定杂化颗粒的力-位移曲线,根据Hertz接触模型和Sneddon接触模型,考查了SiO2壳层厚度对样品压缩弹性模量的影响。扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜(TEM)结果显示,杂化颗粒中PS内核尺寸为(197±9)nm,壳层由SiO2纳米颗粒组成,在本试验范围内杂化颗粒样品的壳厚为11~16nm。在Hertz接触模型条件下,PS微球的弹性模量为(2.2±0.5)GPa,其数值略低于PS块体材料。当SiO2壳厚由11nm增至16nm时,杂化颗粒的弹性模量从(4.4±0.6)GPa增至(10.2±1.1)GPa,其数值明显低于纯SiO2,且更接近于PS内核。     

气-液界面二元共沉积法制备三维有序大孔SiO2

采用乳液聚合法制备粒径为229nm的单分散聚苯乙烯(PS)微球,以单分散PS微球和粒径为10nm的硅溶胶为原料,采用蒸发自组装法在气-液界面上二元共沉积,制备了大孔SiO2材料。结果表明,当SiO2体积分数为11%时,大孔SiO2材料呈现有序规整的FCC结构,其填充率为42%,收缩率仅为2%。低温N2吸附表明该材料在大孔孔壁上存在6.4nm左右的介孔,是一种具有大孔/介孔复合孔道结构的功能材料。     

CeO2@SiO2纳米复合磨料的制备及其对光学石英玻璃的抛光性能

以无水乙醇为溶剂、氨水为催化剂,利用正硅酸乙酯水解所得的SiO2微球为内核,以硝酸亚铈为铈源、六亚甲基四胺为沉淀剂,采用化学沉淀法制备了具有草莓状包覆结构的CeO2@SiO2复合颗粒.利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、场发射扫描电镜、能谱仪、X射线光电子能谱仪、纳米激光粒度分布仪等对所制备样品的结构进行了表征.将所制备的包覆结构CeO2@SiO2复合磨料用于光学石英玻璃的化学机械抛光,采用原子力显微镜观察了抛光表面的微观形貌,并测量了表面粗糙度.结果表明,所制备的CeO2@SiO2复合颗粒呈规则球形,粒度分布均匀,粒径为150～200nm,且具有明显的草莓状包覆结构,大量纳米CeO2颗粒紧密包覆在SiO2表面.AFM测量结果表明,抛光后玻璃表面划痕得到明显改善,在10μm×10μm范围内表面粗糙度RMS值由1.65nm降至0.484nm.     

纳米TiO_2/SiO_2的制备与表征及其光催化活性的研究

针对二氧化钛(TiO2)纳米颗粒极易团聚、分散性差的问题,以提高TiO2分散稳定性与光催化活性为目的,采用并流中和法,以锐钛矿型纳米TiO2粉体为载体,硅酸钠(Na2SiO3)为包覆剂,使用硫酸(H2SO4)调节pH值,在纳米TiO2表面包覆致密的氧化硅(SiO2)膜。借助Fourier变换红外光谱(FTIR),X射线能量散射谱(EDS)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征样品的键合情况、表面化学成分、分散性,同时借助紫外-可见分光光度计(UV-Vis Spectrophotometer)以亚甲基蓝的光催化降解反应对其光催化活性进行评价。FTIR和EDS结果表明:采用该包覆法后,SiO2以化学键合的方式沉积在纳米TiO2表面,在包覆层和纳米TiO2颗粒之间的界面上形成了Ti—O—Si键。SEM结果表明:TiO2/SiO2纳米复合粒子分散均匀,无严重团聚和大块堆积现象。光催化实验结果表明:以SiO2表面包覆后的TiO2颗粒光催化活性明显高于纯TiO2。     

静电纺丝技术制备 TiO 2 / SiO 2复合中空纳米纤维与表征

用静电纺丝技术成功制备出复合中空 TiO 2/ SiO 2纳米纤维。用动态热分析仪、 红外光谱仪、X射线衍射仪、 扫描电镜、 透射电镜和 X射线能谱仪等分析技术对样品进行了表征。分析结果表明 , 得到的产物为复合中空TiO 2/ SiO 2纳米纤维 , 以非晶 SiO 2为外壳 , 内壁由粒径为 50 nm的晶态 TiO 2粒子组成 , 复合中空纳米纤维平均直径 2μm , 长度 > 100μm。讨论了复合中空纳米纤维的形成机制 , 复合纤维在烧结过程中 , 芯层 TiO 2纳米粒子向外表面扩散 , 与壳层 SiO 2粒子形成新化学键 , 得到复合中空纳米纤维。     

核-壳结构SiO_2@SrAl_2Si_2O_8∶Eu~(2+)粒子的制备及其性能

采用溶胶-凝胶法制备了核-壳结构SiO2@SrAl2Si2O8∶Eu2+粒子.经1000℃煅烧,在粒径约为350~400nm的单分散SiO2微球表面包覆了一层SrAl2Si2O8∶Eu2+.分别以X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、光致发光(PL)对合成产物进行了表征.XRD结果表明,SrAl2Si2O8∶Eu2+包覆层为六方相结构;SEM分析表明,在进行包覆后,核-壳结构SiO2@SrAl2Si2O8∶Eu2+粒子仍然呈良好的单分散状态;TEM分析表明,核-壳结构粒子存在明显的包覆层,其厚度约为20~30nm;激发和发射光谱测试表明,Eu2+有效地掺入了SrAl2Si2O8基质中,并具有良好的发光性能,SiO2@SrAl2Si2O8∶Eu2+的激发光谱峰值在361nm,发射光谱峰值在441nm,为Eu2+5d-4f跃迁.