论文部分内容阅读
二氧化硅、碳化硅等含硅陶瓷微球不仅具有耐高温、高强度、抗腐蚀等含硅陶瓷材料的优良性能,还具备高表面能、流动性好等微纳米材料的特性,这些特点使其在催化、色谱分离、废物分离、防热隔热等诸多领域有着广泛的应用。目前对于二氧化硅微球的研究相对较多,但所用原料种类较单一。而对于除二氧化硅以外的其他含硅陶瓷微球来说,制备方法则非常有限。因此,探索新的前体化合物的应用潜力,发展新的制备方法对于丰富完善这一材料制备体系以及今后的应用研究工作都具有十分重要的意义。基于上述考虑,本论文对于采用新的体系或前体化合物、应用不同方法制备多种含硅陶瓷微球材料进行了研究。论文工作主要包括以下几方面的内容:
1.以聚苯乙烯微球为模板,小分子氯硅烷、四氯化钛为前驱体化合物,利用其对湿气的敏感性,通过简单的操作步骤成功制备了SiO2微球、TiO2微球以及SiO2/TiO2复合微球,并对其进行了相关表征。研究发现,应用此方法制得的SiO2微球具有较大的比表面积和双介孔分布的孔结构,并可通过调节体系的含水量对SiO2微球的比表面积和孔结构进行调控。另外,以不同的小分子氯硅烷为前驱体,聚苯乙烯中空球为模板,可用此方法制备得到二氧化硅中空微球,说明此方法具有一定普适性。
2.首次将聚合物模板法与无水溶胶凝胶体系相结合,通过前驱体路线一步制备了热稳定性好且形貌均一的Si-C-N基空心陶瓷微球并对其进行了相关表征。结果显示,所得陶瓷微球具有良好的耐高温结构稳定性。这一方法的建立为Si-C-N陶瓷微球的制备提供了新的路径,并为无水溶胶凝胶体系的应用提供了新思路。
3.应用纳米沉降法成功制备了聚碳硅烷聚合物微球,并以此为前驱体,分别在氩气或氨气中高温处理相应得到Si-C-O基和Si-C-N-O基陶瓷微球,并对其进行了相关表征。实验发现,聚合物浓度、可溶相和不溶相体系的选择以及两相比例对聚合物微球的形貌及尺寸分布有重要影响。利用乙醇对聚碳硅烷少量组分的溶解作用可以通过醇洗后处理的方法对聚合物微球的BET比表面积进行一定程度的调控。相较于传统制备SiC或Si-C-O陶瓷微球的方法,纳米沉降法的应用使陶瓷微球材料的制备工作变得更为简单,对今后的研究工作提供了有利的借鉴。
4.采用Wurtz偶联法合成了一系列主链含有Si-C-C-Si结构的聚碳硅烷,通过GPC,FT-IR等手段进行了初步的表征,并利用TGA对其热交联前后的产物进行了热失重分析。结果表明,在常压、300℃以下进行热处理,即可使聚碳硅烷获得较好的交联;同时含有Si-H和Si-Vi两种活性基团的聚碳硅烷热解可得到相对较高的陶瓷产率。