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研 究 生 学 位 论 文

论文题目（中文） 二氧化硅纳米颗粒和纳米玻璃的制备与表征
Preparation and characterization of silica
论文题目（外文）
nanoparticles and silica nanoglass
研究生姓名 郭谦
学科、专业 材料科学与工程·材料物理与化学
研 究 方 向 纳米颗粒和纳米玻璃
学 位 级 别 博士
导师姓名、职称 李建功教授
论 文 工 作
起 止 年 月 2013 年 09 月至 2018 年 06 月
论文提交日期 2018 年 06 月
论文答辩日期 2018 年 06 月
学位授予日期 2018 年 06 月


校址：甘肃省兰州市
二氧化硅纳米颗粒和纳米玻璃的制备与表征
中文摘要
二氧化硅玻璃具有很高的强度、硬度、透明度，是一种应用广泛且廉价的材
料，但其脆性限制了其更为广泛应用。纳米玻璃是一种新型玻璃，由纳米尺度玻
璃区域和含有很多自由体积的玻璃/玻璃界面构成，其中，纳米尺度玻璃区域具有
高强度，玻璃/玻璃界面具有良好韧性。纳米玻璃的特殊结构将赋予其韧性或其
他优异性能。二氧化硅纳米玻璃可能解决二氧化硅玻璃的脆性问题，并可能在很
多领域有重要应用，因此，二氧化硅纳米玻璃的制备和表征具有重要意义。
制备二氧化硅纳米玻璃的前提是制备分散、细小、球形的非晶二氧化硅纳米
颗粒。通过超高真空高压压制法，使二氧化硅纳米颗粒机械烧结致密化，可制得
二氧化硅纳米玻璃。本论文主要研究了二氧化硅纳米颗粒制备的方法，分析了通
过二氧化硅纳米颗粒致密化制备二氧化硅纳米玻璃的过程和成果。主要内容包括：
1、采用溶胶-凝胶法制备尺寸细小的二氧化硅纳米颗粒。采用超声混合的溶
胶-凝胶法，以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源，氨水为催化剂，乙醇为溶剂，PEG1000
为表面活性剂，煅烧制得分散、细小的非晶二氧化硅纳米颗粒。研究混合方式、
陈化时间与陈化温度、TEOS 添加量、氨水添加量、去离子水添加量、煅烧温度、
表面活性剂的种类与添加量这些实验参数对二氧化硅纳米颗粒分散性、形状、尺
寸的影响，并对上述参数进行了优化。优化的最佳实验条件为： mL TEOS，
1 mL 氨水， mL 去离子水，添加 g PEG1000，超声混合，60C 陈化 3 d，
800C 煅烧 10 h。所得二氧化硅纳米颗粒完全分散、等轴形状，尺寸分布 4-18
nm，平均尺寸为 9 nm。
2、采用改进的溶胶-凝胶法制备球形二氧化硅非晶纳米颗粒。以缓慢水解催
化剂代替氨水作为催化剂，正硅酸四乙酯为硅源，去离子水为溶剂，煅烧制得分
散、细小、球形的非晶二氧化硅纳米颗粒。研究缓慢水解催化剂的种类和加入量
对制备非晶二氧化硅纳米颗粒的分散性、形状、尺寸的影响。优化后加入 5mL 四
乙基氢氧化铵作为缓慢水解催化剂，制得分散性良好的二氧化硅非晶纳米颗粒，
形状为球形，尺寸范围为 7-20 nm，平均颗粒尺寸为 13 nm。可通过此分散、细
小、球形的二氧化硅纳米