多孔玻璃制备及工艺参数对其性能影响的研究

论文摘要

多孔玻璃是以玻璃分相原理为基础,然后用一定浓度的酸溶液处理掉可溶成分得到具有二氧化硅骨架结构的玻璃。它具有孔径可控、比表面积大、形状稳定、耐受化学侵蚀等优点,自发现以来在病毒过滤、色谱分析、固定化酶和光纤通讯等方面有很广泛的应用。生物芯片自诞生以来受到了很多关注,而生物芯片制备的关键就是载体材料的制备。本文就是利用多孔玻璃粉良好的吸附特性和可控的孔径结构来为生物芯片的制备服务。本研究是以钠硼硅体系玻璃为基础,选择在其分相区域的组分,利用热处理和酸处理得到多孔玻璃粉末,然后利用扫描电镜、差热分析、X射线衍射仪和氮吸附测试仪来测试分析其表面形貌、孔结构联通状况、比表面积、孔径大小和孔容等参数来分析热处理温度和时间,酸处理温度和时间以及原始玻璃组分对多孔玻璃粉性质的影响。然后利用所得到的规律,选定热处理和酸处理工艺条件以及合适的组分以期望得到大孔径的多孔玻璃粉末来拓展实验所得的玻璃粉末的使用范围,为完成高密度纳米多孔点阵载体材料提供技术支持,为我国的生命科学及基因工程的发展起到一定积极作用。研究结果表明,对于玻璃组分为7Na2O-23B2O3-70SiO2的玻璃,热处理温度和时间在一定范围内的增加有助于平均孔径的增加,热处理温度最佳为680-710℃,最佳热处理时间为12h；并且低浓度的酸处理得到的孔径要比高浓度的酸处理得到的要大,延长酸处理时间也能够增加孔径,同时热处理温度的增加,热处理时间的延长以及酸处理条件的变化也会对多孔玻璃的比表面积和孔容有不同程度的影响。添加锂离子有助于分相,钛离子的加入虽然对分相有抑制作用但是却能够很好的控制孔径分布。通过改变玻璃组分,以2Na2O-10CaO-31B2O3-52SiO2-5Al2O3体系为基础,在700℃/12h；1mol/l HCl/24h条件下能够得到100nm的大孔玻璃粉。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 多孔玻璃研究背景
• 1.1.1 国内外研究现状
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 多孔玻璃简述
• 1.2.1 多孔玻璃的发展
• 1.2.2 多孔玻璃的性质及应用
• 1.2.3 多孔玻璃的制备方法
• 1.3 本课题的研究方法和意义
• 1.3.1 研究方法
• 1.3.2 研究意义
• 第2章 实验方案设计
• 2.1 制备方案的选定
• 2.1.1 母体玻璃组分的选取与制备
• 2.1.2 热处理条件的确定
• 2.1.3 酸侵蚀条件的确定
• 2.2 小结
• 第3章 多孔玻璃的制备及其表征
• 3.1 制备流程图
• 3.2 样品的制备
• 3.2.1 组分的选取
• 3.2.2 玻璃的熔制
• 3.3 热处理分相
• 3.4 酸侵蚀处理
• 3.4.1 酸溶液的制备
• 3.4.2 样品预处理
• 3.4.3 酸处理
• 3.5 样品处理及性能表征
• 3.5.1 玻璃分相处理
• 3.5.2 玻璃表面形貌表征
• 3.5.3 玻璃孔结构参数的相关测试
• 第4章 工艺参数的影响
• 4.1 母体玻璃组分的影响
• 4.2 热处理条件
• 4.2.1 热处理温度
• 4.2.2 热处理时间
• 4.3 酸处理条件
• 4.3.1 酸浓度
• 4.3.2 酸处理时间
• 4.4 孔径100nm的多孔玻璃的制备
• 4.5 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录