纳米氮化硅粉体的表面改性研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

氮化硅，硅元素与氮元素有着相似的电负性，因此在氮化硅分子内部si原子与n原子之间主要以共价键相结合，键合强度高。氮化硅中存在着极强的si-n共价键因而氮化硅材料在宏观上表现出高硬度、耐高温、耐磨损和耐腐蚀等优良特性。纳米氮化硅在陶瓷材料中的使用使得陶瓷材料展现出密度大、膨胀系数小、硬度大、化学性能稳定和电绝缘性好等特点。由于其突出的耐高温特性，氮化硅材料在汽车、机械等基础领域乃至是空间技术、海洋开发、电子技术等多个尖端科学领域都得以广泛的应用。于此同时纳米氮化硅作为一种功能材料对于人体红外波段的吸收率达到了97 %以上，因此可用作吸收红外超细纺织物的优良添加剂。

纳米技术目前在复合材料中得到广泛的应用，将无机填充物以纳米尺寸分散在有机聚合物基体中才形成有机/无机纳米复合材料。橡胶纳米复合材料的研究正是顺应了上述材料发展的必然规律。大多数橡胶材料的自由体积大，分子间作用力小，因此橡胶材料的强度很低，需要进行补强以后才能具有实际使用价值。张立群和hamed通过对橡胶材料进行“纳米补强”，将无机纳米粒子分散在橡胶材料中，极大程度的提高了橡胶材料强度及耐磨特性，使得复合材料兼有橡胶的柔韧性和无机材料的特性。

纳米氮化硅处在空气中仍然保持着极高的反应活性，表面极易生成一层表面活性基团，导致表面反应活性高主要是因为制备好的氮化硅表面呈叔胺结构（si₃n），硅原子化学键没有饱和，存在大量硅氮悬键能与空气中的水与氧气反应。如sioh(硅醇)、sih₂(硅烷)、sih等基团，时间一长，这些基团之间逐渐发生化学反应，生成了稳定的化学键，从而粉体团聚。因此要防止粒子团聚，需在发生团聚之前用表面处理剂与纳米氮化硅表面的活性基团进行包覆键合反应，对其进行有效的表面修饰。

2. 研究的基本内容与方案

实验中采用偶联剂改性的方法对纳米氮化硅的表面进行改性处理。通过偶联剂与氮化硅表面的羟基之间发生脱水缩合作用，连接在氮化硅表面的偶联剂阻隔了颗粒之间的团聚作用，其平均粒径变小，纳米粒子的分散性能也得到提升。

通过研究不同类型的偶联剂对纳米氮化硅粉体改性后在分散剂中的分散性以及防沉性能的结果分析来选择适合的工艺条件来对氮化硅改性。

本实验采用硅烷偶联剂对纳米氮化硅进行改性表面修饰，由于纳米氮化硅有不稳定的硅羟基，适量的偶联剂与氮化硅表面羟基之间很容易发生脱水缩合作用，从而连接在氮化硅表面制备出具有不同表面特性的氮化硅粉体，连接在纳米氮化硅表面的偶联剂在空间位阻和双电层机制作用下，连接在纳米氮化硅表面的偶联剂阻隔了氮化硅颗粒之间的团聚，减少沉降，从而提高纳米氮化硅在分散体系中的分散能力和稳定性。

3. 研究计划与安排

1-2周：查阅文献，了解纳米粉体的表面性状与纳米氮化硅不同

的表面改性方法，并对不同的表面改性方法进行比较；

3-4周：拟定大致实验流程，撰写开题报告；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]w liu, klaus e.e, d j.l. wear property of silicon nitride in steel-on-si₃n₄and si₃n₄-0n-si₃n₄ systems[j]. wear, 1996,199(2):217-221.

[2]castanho s m, moreno r, fierro j l g. influence of process conditions on the surface oxidation of silicon nitride green compacts[j]. journal of materials science, 1997,32(1):157-162.

[3]代建清, 黄勇, 谢志鹏, 等. 氮化硅粉末的傅里叶变换红外光谱研究[j]. 光谱实验室, 2001,18(1):78-83.