專利名稱：溶膠凝膠法制備疏水性介孔二氧化硅膜的制作方法
溶膠凝膠法制備疏水性介孔二氧化硅膜本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種疏水性介孔二氧化硅膜的溶膠-凝膠制備方法。介孔二氧化硅膜表面存在大量的表面羥基，這些羥基是活性物理吸附中心，它們極易通過氫鍵吸附水分子而在孔表面形成水分子膜，介孔膜與水之間將進(jìn)一步發(fā)生縮聚反應(yīng)最終導(dǎo)致孔結(jié)構(gòu)的崩塌，從而影響其在工業(yè)上的應(yīng)用。因此，提高介孔二氧化硅膜的疏水性是提高其性能并推廣應(yīng)用的有效途徑。目前提高介孔二氧化硅膜的疏水性主要有兩種方法一是盡量消除孔表面的羥基團(tuán)，將樣品在800°C以上的高溫下處理，使得硅羥基相互縮聚而最終消失，但是高溫煅燒會(huì)對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)造成很大的破壞，可能會(huì)導(dǎo)致膜材料的致密化降低氣體的滲透率，而且在降溫的過程中，膜孔表面可能重新發(fā)生羥基化。二是通過化學(xué)修飾，對孔道進(jìn)行疏水處理，用含有疏水基團(tuán)的硅烷前驅(qū)體與硅羥基進(jìn)行反應(yīng)，用疏水基團(tuán)來取代Si原子上所連接的羥基，將孔道表面上的活性較高的硅羥基替換為惰性的疏水基團(tuán)。 當(dāng)前文獻(xiàn)中關(guān)于對介孔分子篩的疏水改性有很多報(bào)道，但對介孔膜的疏水改性報(bào)道的比較少。本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有方法疏水改性效果差，高溫處理時(shí)易造成介孔結(jié)構(gòu)破壞等缺點(diǎn)，提供一種制備疏水性介孔二氧化硅膜的溶膠-凝膠法生產(chǎn)工藝。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡單、操作方便，原料易得，能耗小成本低，具有工業(yè)推廣及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明的介孔二氧化硅膜具有良好的介孔結(jié)構(gòu)和強(qiáng)的疏水性。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明所涉及的疏水性介孔二氧化硅膜溶膠-凝膠法法生產(chǎn)工藝，包括有如下步驟步驟一，稱取適量十六烷基三甲基溴化銨溶于一定體積的乙醇中配成溶液；步驟二，向步驟一所得溶液中加入一定比例混合的正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅，室溫下攪拌一段時(shí)間；步驟三，向步驟二所得的溶液中加入一定比例混合的ΗΝ03、乙醇和水的混合溶液；步驟四，將步驟三所得的溶液置入恒溫水浴中回流一定時(shí)間，再室溫下陳化一段時(shí)間，得到S^2溶膠；步驟五，將步驟四所得的溶膠為涂膜液，采用dip-coating方法在經(jīng)過酸洗、醇洗的光滑玻璃片上涂覆SW2薄膜；步驟六，將步驟五所得的薄膜在室溫下自然干燥一段時(shí)間，然后移入恒溫烘箱中至完全干燥；步驟七，將步驟六干燥所得薄膜移入程序控溫的管式爐( 氣氛)中，并在一定溫度下煅燒一定時(shí)間即得疏水性介孔二氧化硅膜。其中步驟一中，所述溶液的濃度為0. 8g/L。步驟二中，正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅的摩爾比例為3 1，反應(yīng)時(shí)間在 lh-1. 5h。步驟三中，HNO3、乙醇和水的體積比為1 2 3。步驟四中，保溫溫度在60°C _80°C，保溫時(shí)間在4h_6h，陳化時(shí)間為10h_12h。步驟六中，自然干燥時(shí)間4h_5h，保溫溫度在55°C _75°C，保溫時(shí)間在12h_20h。步驟七中，煅燒溫度在400°C -700°C，保溫時(shí)間在2h_5h。本發(fā)明具有如下的有益效果其介孔二氧化硅膜保持了良好的介孔結(jié)構(gòu)，平均孔徑在5nm-10nm，孔體積為0. 69-0. 9g/cm_3 ；疏水甲基基團(tuán)成功地部分代替了膜孔表面的親水羥基團(tuán)，接觸角達(dá)到110°以上，說明其具有很好的疏水性；同時(shí)，本發(fā)明所采用的制備方法簡單，容易操作，并且更加安全。以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的生產(chǎn)技術(shù)對本專業(yè)的人來說是容易實(shí)施的。本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。實(shí)施例稱取0. 08g十六烷基三甲基溴化銨溶于IOOml乙醇溶于一定體積的乙醇中配成溶液；加入摩爾比1 3混合的正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅:3ml，室溫下攪拌Ih ；加入一定體積比1 2 3混合的HNO3、乙醇和水的混合溶液30ml ；將溶液置入恒溫水浴中回流4h，再室溫下陳化10h，得到SiO2溶膠；將所得的溶膠為涂膜液，采用dip-coating方法在經(jīng)過酸洗、醇洗的光滑玻璃片上涂覆SW2薄膜；將薄膜在室溫下自然干燥釙，然后移入60°C恒溫烘箱中干燥15h ；將干燥過的薄膜移入程序控溫的管式爐( 氣氛)中，并在400°C下煅燒池即得疏水性介孔二氧化硅膜。本實(shí)施例得到的疏水性介孔二氧化硅膜平均孔徑在8nm，孔體積為0. 8g/cm_3 ；接角蟲角達(dá)到115°。利用上述溶膠-凝膠方法可制備介孔二氧化硅膜，并達(dá)到其特有的有益效果。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是一種溶膠凝膠法制備疏水性介孔二氧化硅膜。本發(fā)明的介孔二氧化硅膜具有良好的介孔結(jié)構(gòu)和強(qiáng)的疏水性。得到的疏水性介孔二氧化硅膜平均孔徑在8nm，孔體積為 0.8g/cm_3 ；接觸角達(dá)到115°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶膠凝膠法制備疏水性介孔二氧化硅膜，包括如下步驟步驟一，稱取適量十六烷基三甲基溴化銨溶于一定體積的乙醇中配成溶液；步驟二，向步驟一所得溶液中加入一定比例混合的正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅，室溫下攪拌一段時(shí)間；步驟三，向步驟二所得的溶液中加入一定比例混合的HNO3、乙醇和水的混合溶液；步驟四，將步驟三所得的溶液置入恒溫水浴中回流一定時(shí)間，再室溫下陳化一段時(shí)間， 得到SiO2溶膠；步驟五，將步驟四所得的溶膠為涂膜液，采用dip-coating方法在經(jīng)過酸洗、醇洗的光滑玻璃片上涂覆SW2薄膜；步驟六，將步驟五所得的薄膜在室溫下自然干燥一段時(shí)間，然后移入恒溫烘箱中至完全干燥；步驟七，將步驟六干燥所得薄膜移入程序控溫的管式爐( 氣氛)中，并在一定溫度下煅燒一定時(shí)間即得疏水性介孔二氧化硅膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種溶膠凝膠法制備疏水性介孔二氧化硅膜，其特征在于步驟一中，所述溶液的濃度為0. 8g/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種溶膠凝膠法制備疏水性介孔二氧化硅膜，其特征在于步驟二中，正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅的摩爾比例為3 1，反應(yīng)時(shí)間在Ih-L證。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種溶膠凝膠法制備疏水性介孔二氧化硅膜，其特征在于步驟三中，HNO3、乙醇和水的體積比為1 2 3。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種溶膠凝膠法制備疏水性介孔二氧化硅膜，其特征在于步驟四中，保溫溫度在60°C -80°C，保溫時(shí)間在4h-6h，陳化時(shí)間為1 Oh-12h。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種溶膠凝膠法制備疏水性介孔二氧化硅膜，其特征在于步驟六中，自然干燥時(shí)間4h-5h，保溫溫度在55°C _75°C，保溫時(shí)間在12h_20h。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種溶膠凝膠法制備疏水性介孔二氧化硅膜，其特征在于步驟七中，煅燒溫度在400°C _700°C，保溫時(shí)間在2h-5h。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有方法疏水改性效果差，高溫處理時(shí)易造成介孔結(jié)構(gòu)破壞等缺點(diǎn)，提供一種制備疏水性介孔二氧化硅膜的溶膠-凝膠法生產(chǎn)工藝。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡單、操作方便，原料易得，能耗小成本低，具有工業(yè)推廣及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明的介孔二氧化硅膜具有良好的介孔結(jié)構(gòu)和強(qiáng)的疏水性。得到的疏水性介孔二氧化硅膜平均孔徑在8nm，孔體積為0.8g/cm-3；接觸角達(dá)到115°。提高介孔二氧化硅膜的疏水性是提高其性能并推廣應(yīng)用的有效途徑。
文檔編號C01B33/113GK102234113SQ20101016634
公開日2011年11月9日 申請日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者張永昶 申請人:張永昶