全能型选手： 纳米二氧化硅

由于纳米SiO₂的量子尺寸、量子隧道效应和它的特殊光、电特性、高磁阻现象、非线性电阻现象以及高温下仍具有的高强、高韧、稳定性好等奇异特性，使纳米SiO₂可广泛应用于诸多领域，几乎涉及所有应用SiO₂粉体的行业，为传统产品的提档升级换代带来划时代的意义！

目前，纳米二氧化硅主要应用在以下领域：

纳米二氧化硅

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在电子封装材料中的应用

高纯球形纳米SiO₂作为一种新型紧缺矿物材料，由于其具有高介电、高耐热、高耐湿、高填充量、低膨胀、低应力、低杂质、低摩擦系数等优越性能，在电子、电器等诸多领域具有广阔的应用前景，是大规模、超大规模集成电路封装所必需的主要原材料。

目前，国内外的电子封装材料大多为高聚物，其中，采用最为广泛的是填充70%~90%高纯球形纳米二氧化硅粉的环氧树脂。环氧树脂的高吸水率和粘度限制了它在超大规模集成电路中的应用，可以向环氧树脂中添加大量二氧化硅微粉，这样可降低塑封料的热膨胀系数、吸水率、内部应力、收缩率和改善热导率。

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在橡胶改性中的应用

橡胶是一种伸缩性优异的弹性体，但其综合性能并不令人满意，生产橡胶制品过程中常需在胶料中加入炭黑来提高强度、耐磨性和抗老化性，但由于炭黑的加入使得制品均为黑色，且档次不高。而纳米SiO₂在我国的问世为生产出色彩新颖、性能优异的新一代橡胶制品奠定了物质基础。

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在涂料中的应用

纳米SiO₂具有常规SiO₂所不具有的特殊光学性能，它具有极强的紫外吸收，红外反射特性。它添加到涂料中能令涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和热老化的目的，同时增加了涂料的隔热性。纳米SiO₂具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能在涂料干燥时形成网状结构，同时增加了涂料的强度和光洁度，而且还提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不变。在建筑内外墙涂料中，若添加纳米SiO₂可明显改善涂料的开罐效果，涂料不分层，具有触变性、防流挂、施工性能良好，尤其是抗沾污性能大大提高，具有优良的自清洁能力和附着力。纳米SiO₂还可与有机颜料配用，可获得光致变色涂料。

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在颜料中的应用

有机颜料虽具有鲜艳的色彩和很强的着色力，但一般它的耐光、耐热、耐溶剂和耐迁移性能往往不及无机颜料。研究人员通过添加纳米SiO₂对有机颜料进行表面改性处理，不但使颜料抗老化性能大幅提高，而且亮度、色调和饱和度等指标也均出现一定程度的提高，极大地拓宽了有机颜料的档次和应用范围。

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在塑料工程中的应用 

将纳米SiO₂作为添加剂添加到塑料中，不仅起到常规SiO₂所起的补强效果，而且它还可使塑料具有许多新的特性。将纳米SiO₂用于对光学塑料的表面改性，可以在塑料表面形成硬涂层，改善了塑料表面的耐磨性和抗划伤性。如日本板硝子公司利用PLD法在塑料表面形成附着力强的致密纳米SiO₂薄膜，从而获得改善耐候性、耐药品性、耐磨性、赋予防污性、提高无机物质的附着性等优良的效果。纳米SiO₂若用于半透明塑料薄膜，可提高薄膜的透明度、强度和韧性，防水性能也大大提高，这类薄膜可以作为特殊用途的高级薄膜。在通用塑料中，若加入纳米粒子能使其达到工程塑料的性能。如将纳米SiO₂加入聚丙烯中，其强度可与工程塑料尼龙相媲美。

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在粘结剂和密封胶中的应用

密封胶、粘结剂是量大、面广、使用范围宽的重要产品。它要求产品粘度、流动性、固化速度达最佳条件。据报道，国外在这个领域的产品已经采用纳米材料作添加剂，而纳米SiO₂是首选材料。其作用机理是在纳米SiO₂表面包覆一层有机材料，使之具有亲水特性，将它添加到密封胶中能很快形成一种硅石结构，即纳米SiO₂形成网络结构，抑制胶体流动，固化速率加快，提高粘接效果，同时由于颗粒小更增加了胶的密封性。

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在陶瓷制品中的应用

陶瓷具有高抗压强度、耐蚀耐热、绝缘性好等特点，其缺点是质脆，需要高温烧制。研究者们在陶瓷制品中添加适量的纳米SiO₂，大大降低了陶瓷制品的脆性，使其韧性提高几倍甚至几十倍，光洁度也明显提高，还使陶瓷能在较低的温度下烧制。此外，纳米SiO₂在陶瓷过滤网、刚玉球等陶瓷产品中应用效果也较为显著。

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在纺织行业中的应用

随着科学技术的发展和人类生活水平的提高，人们对服装提出了舒适、新颖、保健的要求，各种功能化的纺织品应运而生。在此，纳米SiO₂发挥了巨大的作用。目前，人们已将其应用于防紫外、远红外、抗菌消臭、抗老化等方面。例如，以纳米SiO₂和纳米TiO₂的适当配比而成的复合粉体是抗紫外辐射纤维的重要添加剂。又如，日本帝人公司将纳米SiO₂和纳米ZnO混入化学纤维中，得到的化学纤维具有除臭及净化空气的功能。这种纤维可被用于制造长期卧床病人和医院的消臭敷料、绷带、睡衣等。

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在生物医学工程中的应用

20世纪80年代初，人们开始利用纳米微粒实现细胞分离，建立用纳米SiO2微粒进行细胞分离的新技术。该法主要是先制备纳米SiO₂微粒（粒径15~20nm），再将其表面包覆单分子层，包覆层的选择主要根据所要分离的细胞种类而定，然后制取含有多种细胞的聚乙烯毗咯烷酮胶体溶液；接着将纳米SiO₂包覆粒子均匀分开到含有多种细胞的聚乙烯毗咯烷酮胶体溶液中；再通过离心技术，利用密度梯度原理将所需要的细胞分离出来。此法的优点是易形成密度梯度，实现纳米SiO₂粒子与细胞的快速分离，而且纳米SiO₂粒子一般不会与胶体溶液和生物溶液反应，也不会污染生物细胞。

纳米SiO₂具有高吸收性、分散性、增稠性，在药物制剂中得到了广泛的应用。如在雷尼替丁、甲晴米胺、派仑西平等药物中，加入少量的纳米SiO₂可改变其流动性；加入少量的纳米SiO₂于灰黄霉素中，可改变其溶解速度，即改变难溶药物在水中的分散性和吸收性；加入少量的纳米SiO₂于含有阿司匹林的药粉中，会改变药粉的抗静电性。另外，医学工程中，用各种纳米粒子注入人体的各个部位可检查诊断病变和治疗，如用纳米SiO₂微粒可进行定位病变治疗。

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在光学领域中的应用

纳米材料合成的单层薄膜和多层薄膜主要用来作为红外线反射材料。纳米微粒的膜材料在灯泡工业中有着良好的应用前景。20世纪80年代以来，人们用纳米SiO₂和TiO₂制成多层干涉膜，衬在灯泡罩的内壁，结果不但透光率好，而且有很强的红外反射能力，有这种多层膜的灯泡可节电13.15％。纳米微粒作为光纤材料可以大大降低光导纤维传输损耗。高纯度的纳米SiO₂作为光导纤维，对波长大于600nm的光的传输损耗小于10db/km，此值比以常规SiO₂材料的光传输损耗小许多倍。

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在杀菌剂中的应用

纳米SiO₂具有生理惰性、高吸附性，在杀菌剂的制备中常用作载体。当纳米SiO₂作载体时，可吸附抗菌离子，达到杀菌抗菌的目的，有报道产品可用于冰箱外壳、电脑键盘等的制造。国内研究人员利用纳米SiO₂庞大的比表面积、表面多介孔结构和超强的吸附能力以及奇异的理化特性，将银离子等功能离子均匀地设计到纳米SiO₂表面的介孔中，成功开发出高效、持久、耐高温、广谱抗菌的纳米抗菌粉（粒径只有70纳米左右），其主要技术指标均达到或超过日本同类产品。

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在树脂基复合材料改性中的应用

（1）不饱和聚酯树脂改性

树脂基复合材料虽有轻质、高强、耐腐蚀等优点，但也有其不足之处。如树脂基本身硬度较低，莫氏硬度一般只有2级左右（相当于石膏的硬度），耐磨性也较差。若添加纳米SiO₂于树脂材料中，可大大改善其各项性能。据报道，添加纳米SiO₂于不饱和聚酯树脂中，所得材料的莫氏硬度可接近天然大理石硬度（3级），抗拉强度提高1倍以上，耐磨性也可提高1~2倍。而且表面光洁度好，耐水性、耐热性都有了较大的改善。

（2）环氧树脂复合材料改性

环氧树脂具有良好的机械、电气、粘结性、化学稳定性等性能，使其在粘合剂、电气绝缘材料和复合材料等方面有着重要的应用，但是，环氧树脂最大的弱点是固化物的脆性大。传统的增韧方法可使材料强度成倍提高，却不可避免地使材料的其它性能有所下降。纳米技术的兴起，为这种材料的改性迎来了新的革命。把纳米SiO₂添加到环氧树脂中，在结构上完全不同于粗晶SiO₂添加的环氧树脂基复合材料，粗晶SiO₂一般作为补强剂加入，它主要分布在高分子材料的链间中，而纳米SiO₂由于表面严重的配位不足、庞大的比表面积以及表面欠氧等特点，使它表现出极强的活性，很容易和环氧环状分子的氧起键合作用，提高了分子间的键力，同时尚有一部分纳米SiO₂颗粒仍然分布在高分子链的空隙中，与粗晶SiO₂相比较，表现很高的流涟性，从而使纳米SiO₂添加的环氧树脂材料强度、韧性、延展性均大幅度提高。

（3）聚丙烯树脂改性

在聚丙烯树脂中添加2%~5％的纳米SiO₂制成聚丙烯产品，其强度和韧性明显提高，具有良好的低温冲击性能，且尺寸稳定，加工性能改善，有较好的表面光洁度，适合于制作汽车车身防护板、保险杠和设备仪表组件等，可代替尼龙改性聚苯醚和塑料合金等高级材料，从而降低汽车生产成本。

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在农业及食品行业中的应用

在农业中，应用纳米SiO₂制作农业种子处理剂，可使蔬菜（甘蓝、西红柿、黄瓜）、棉花、玉米、小麦提高产量，提前成熟期。又如纳米SiO₂还可应用于除草剂和杀虫剂中，若在颗粒状的杀虫剂配方中加入少量纳米SiO₂会有效地控制和防止有害物产生。

在食品行业中，纳米SiO₂也有许多应用之处。如添加纳米SiO₂的食品包装袋，对水果、蔬菜可起到保鲜作用；应用纳米SiO₂于酒类生产中可起到净化和延长保鲜期的作用；还可用作防治水果、蔬菜各种疾病的高效杀菌剂。

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在化妆品领域的应用

二氧化硅纳米颗粒化学稳定性强，在紫外光照射下不易分解，满足了化妆品及防晒用品需对日光紫外线具屏蔽能力的要求，并且颗粒颜色为白色，所以添加于化妆品中不但可达到防晒效果，也可以实现美白功效。

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在彩色喷墨打印中的应用

将纳米二氧化硅应用在彩色喷墨打印中，可以提高打印质量、缩小墨点面积、提高色密度、增强图像逼真度，这是因为其具有优良的固墨性能和特定的微孔网络。

来源：二氧化硅科技

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