סיליקה סול: ננו-חלקיקים קולואידים מגישים חומרים מדע וחדשנות תעשייתית ננו דו תחמוצת הסיליקון

1. יסודות של כימיה של סיליקה סול ויציבות קולואידית

1.1 מורפולוגיה של איפור וחלקיקים

(סיליקה סול)

סיליקה סול היא דיפוזיה קולואידית בטוחה הכוללת דו תחמוצת הסיליקון אמורפי (SiO ₂) ננו-חלקיקים, בדרך כלל החל מ 5 אֶל 100 קוטר ננומטר, לשים בהמתנה בשלב נוזלי– לרוב מים.

ננו-חלקיקים אלה מורכבים מרשת תלת מימדית של SiO ₄ טטרהדרה, יצירת שטח פנים נקבובי ותגובתי מאוד השופע בסילנול (ו– הו) צוותים השולטים בהרגלי הממשק.

מצב הסול יציב מבחינה תרמודינמית, נשמר על ידי דחייה אלקטרוסטטית בין חלקיקים טעונים; דמי שטח פנים מתפתחים מינון של קבוצות סילאנול, אשר דהפרוטונים מעל pH ~ 2– 3, יצירת שברים בעלי מטען שלילי שמרחיקים זה את זה.

צורת החלקיקים היא בדרך כלל עגולה, למרות שבעיות סינתזה יכולות להשפיע על נטיות איסוף וקנייה לטווח קצר.

היחס הגבוה בין שטח פנים לנפח– עולה לעתים קרובות 100 m TWO/g– גורם לסיליקה סול להגיב בצורה יוצאת דופן, מה שמאפשר אינטראקציות חזקות עם פולימרים, מתכות, ומולקולות אורגניות.

1.2 התקני ייצוב ושינוי ג'ל

היציבות הקולואידית בסול סיליקה נשלטת בעיקר על ידי שיווי המשקל בין לחצים המושכים את העין של ואן דר ואלס ודחייה אלקטרוסטטית, מתואר על ידי DLVO (דרז'אגין– לנדאו– דְאָגָה– אוברביק) תֵאוֹרִיָה.

בסיבולת יונית נמוכה וערכי pH מעל הנקודה האיזואלקטרית (~ pH 2), קיבולת הזטה של ​​סיביות פוגעת במידה מספקת כדי לעצור את הצבירה.

אוּלָם, תוספת של אלקטרוליטים, שינוי pH לכיוון ניטרליות, או פיזור ממס יכול לסנן עלויות שטח פנים, למזער את הדחייה, ולגרום מעט התלכדות, מה שמוביל לג'לציה.

ג'לציה גוררת היווצרות של רשת תלת מימדית באמצעות סילוקסן (ו– O– ו) היווצרות קשר בין שברים סמוכים, שינוי הסול הנוזלי לקשיח, xerogel חדיר עם ייבוש.

שינוי סול-ג'ל זה הפיך במערכות מסוימות אך מוביל בדרך כלל לשינויים מבניים בלתי הפיכים, יצירת הבסיס לייצור קרמיקה ומרוכבים חדשניים.

2. נתיבי סינתזה ובקרת תהליכים

( סיליקה סול)

2.1 טכניקת Stöber וצמיחה מבוקרת

השיטה המוכרת ביותר ליצירת סול סיליקה מונופזר היא תהליך Stöber, נוצר ב 1968, הכרוך בהידרוליזה ועיבוי של אלקוקסיסילאנים– בדרך כלל טטראתיל אורתוזיליקט (TEOS)– בכלי אלכוהולי עם אמוניה מימית כזרז.

על ידי ויסות מדויק של פרמטרים כגון יחס מים ל-TEOS, ריכוז אמוניה, הרכב ממס, ורמת הטמפרטורה בתגובה, ניתן לכוון את גודל הפרגמנט לשחזור מ-~ 10 נ"מ עד מעל 1 מיקרומטר עם מחזור מימד צר.

המערכת ממשיכה באמצעות גרעין הדבקה בפיתוח מוגבל בדיפוזיה, כאשר קבוצות סילאנול מתעבות לפתח קשרי סילוקסן, צבירת מסגרת הסיליקה.

גישה זו מתאימה ליישומים הדורשים שברים כדוריים אחידים, כגון תומכים כרומטוגרפיים, דרישות כיול, וגבישים פוטוניים.

2.2 קורסים מזורזים בחומצה וסינתזה ביולוגית

טכניקות סינתזה אלטרנטיביות כוללות הידרוליזה מזורזת חומצה, מה שמעדיף עיבוי ליניארי וגורם אפילו יותר לסיביות מפוזרות או מצטברות, נעשה בדרך כלל שימוש בקלסרים ושכבות מסחריות.

תנאים חומציים (pH 1– 3) לקדם הידרוליזה איטית יותר אולם עיבוי מהיר יותר בין סילנולים פרוטונים, להביא למבנים לא סדירים או דמויי שרשרת.

אקסטרה לאחרונה, למעשה הופיעו אסטרטגיות סינתזה ירוקות בהשראת ביו, שימוש באנזימי סיליקטין או תמציות צמחים כדי לזרז סיליקה תחת בעיות סביבה, מזעור שימוש באנרגיה ובזבוז כימי.

הגישות המתמשכות הללו זוכות לשיעור עניין עבור יישומים ביו-רפואיים ואקולוגיים שבהם טוהר ותאימות ביולוגית הם חיוניים.

יֶתֶר עַל כֵּן, סיליקה סול בדרגה תעשייתית נוצרת בדרך כלל באמצעות הליכי חילופי יונים מתמיסות נתרן סיליקט, נדבק באמצעות אלקטרודיאליזה כדי להסיר יוני אלקלי ולייצב את הקולואיד.

3. מגורים מעשיים והרגלי פנים

3.1 טכניקות תגובתיות ושינוי פני השטח

שטח הפנים של ננו-חלקיקי סיליקה בסול נשלט על ידי צוותי סילאנול, שיכול להשתתף בקשר מימן, סְפִיחָה, והשתלה קוולנטית עם אורגנוסילאנים.

שינוי שטח פני השטח תוך שימוש בשילוב נציגים כגון 3-aminopropyltriethoxysilane (מַתְאִים) או methyltrimethoxysilane מציג צוותים פונקציונליים (לְמָשָׁל.,– NH TWO,– CH ₃) שמשנים את ההידרופיליות, תגובתיות, ותאימות עם מטריצות טבעיות.

שינויים אלה מאפשרים לסיליקה סול לשמש כחומר תואם בתרכובות אורגניות-אי-אורגניות בין גזעים, הגברת הדיפוזיה בפולימרים והגברת המכאנית, תֶרמִי, או בתים מחסומים.

סול סיליקה ללא שינוי מפגין הידרופיליות חזקה, מה שהופך אותו מושלם למערכות נוזליות, בעוד שניתן לפזר גרסאות שהשתנו בממיסים לא קוטביים עבור שכבות ודיו מיוחדים.

3.2 מאפיינים ריאולוגיים ואופטיים

דיפוזיות של סיליקה סול מציגות בדרך כלל הרגלי מחזור ניוטון במיקוד מופחת, עם זאת, הצמיגות מגבירה עם טעינת שברים ויכולה לעבור לדילול גזירה תחת תכולת מוצקים גבוהה או צבירה חלקית.

כוונון ריאולוגי זה מנוצל בגימורים, כאשר מחזור הדם והפילוס המוסדרים חיוניים להיווצרות סרט עקבי.

מבחינה אופטית, סיליקה סול שקוף בספקטרום המורגש בשל גודל תת-אורך הגל של שברים, מה שמפחית את פיזור האור.

פתיחות זו מאפשרת שימוש בכיסויים שקופים, סרטים אנטי-רפלקטיביים, ודבקים אופטיים מבלי לפגוע באיכות האסתטית.

כאשר מיובשים, סרט הסיליקה המתקבל שומר על הפתיחות תוך מתן קשיות, עמידות בפני שחיקה, ויציבות תרמית עד ~ 600 °C.

4. יישומים תעשייתיים ומתקדמים

4.1 ציפויים, חומרים מרוכבים, וקרמיקה

סיליקה סול משמשת באופן יסודי בציפוי שטח פנים לנייר, בדים, פלדות, וחומרי בניין לשיפור עמידות למים, עמידות בפני שריטות, וחוסן.

בגודל נייר, זה מגביר את יכולת ההדפסה ומכשול הלחות בנכסי מגורים; בקלסרים במפעל, זה משנה שרפים טבעיים עם חלופות אנאורגניות ידידותיות לסביבה שמתפרקות בקלות לאורך היציקה.

כמבשר לזכוכית סיליקה וקרמיקה, סיליקה סול מאפשר ייצור בטמפרטורה נמוכה של עבה, אלמנטים בטוהר גבוה באמצעות עיבוד סול-ג'ל, מניעת מקדם ההיתוך הגבוה של קוורץ.

הוא משמש גם לפיזור השקעות פיננסיות, שבו הוא יוצר מוצק, תבניות עקשן עם גימור שטח פנים נהדר.

4.2 ביו-רפואי, מְזַרֵז, ויישומי אנרגיה

בביו-רפואה, סיליקה סול משמשת כמערכת למערכות הפצת תרופות, חיישנים ביולוגיים, והדמיה אבחנתית, כאשר פונקציונליזציה של שטח הפנים מאפשרת חיבור ממוקד ומוסדר.

ננו-חלקיקי סיליקה מזופוריים (מספרי MSN), נגזר מסוליית סיליקה בתבנית, לספק יכולת אריזה גבוהה והתקני שחרור מגיבים לגירויים.

כסיוע זרז, סיליקה סול נותן מטריצה ​​בעלת שטח פנים גבוה לשיתוק ננו-חלקיקי פלדה (לְמָשָׁל, Pt, Au, Pd), הגברת הפיזור והיעילות הקטליטית בשינויים כימיים.

באנרגיה, נעשה שימוש בסיליקה סול במפרידי סוללות כדי לשפר את היציבות התרמית, בשכבות ממברנת תאי גז כדי להגביר את מוליכות הפרוטונים, ובמכסות פאנלים סולאריים להגנה מול רטיבות ומתח מכני.

בסיכום, סיליקה סול מייצגת ננו-חומר יסוד המגשר בין כימיה מולקולרית וביצועים מאקרוסקופיים.

הסינתזה המבוקרת שלו, כימיה של שטח פנים מתכוונן, וטיפול גמיש מאפשרים יישומים טרנספורמטיביים בכל המגזרים, מייצור מתמשך לטיפול רפואי ומערכות חשמל מתוחכמות.

ככל שהננוטכנולוגיה מתקדמת, סיליקה סול ממשיכה לתפקד כמערכת עיצוב להכנת חכם, מוצרים קולואידים רב תכליתיים.

5. מֵפִיץ

Cabr-Concrete היא ספקית של תערובת בטון עם מעל 12 שנים של ניסיון בשימור אנרגיה בבניית ננו ופיתוח ננוטכנולוגיה. הוא מקבל תשלום באמצעות כרטיס אשראי, T/T, ווסט יוניון ופייפאל. TRUNNANO תשלח את הסחורה ללקוחות מעבר לים דרך FedEx, DHL, בדרך האוויר, או דרך הים. אם אתם מחפשים תערובת בטון באיכות גבוהה, אנא אל תהסס לפנות אלינו ולשלוח חקירה.
תגים: סיליקה סול,סול סיליקה קולואידי,סול סיליקון

כל המאמרים והתמונות הם מהאינטרנט. אם יש בעיות בזכויות יוצרים, אנא צור איתנו קשר בזמן כדי למחוק.

שאל אותנו