本發(fā)明涉及硅納米粒子領域，尤其涉及一種快速制備硅納米粒子的方法及硅納米粒子。

背景技術：

硅納米粒子（sinps）已廣泛應用于電子學、光子學、生物傳感器和藥物發(fā)現(xiàn)等領域。sinps應用于不同時領域往往需要不同物理化學性質(zhì)，如不同的粒徑、表面電荷、膠體分散性及表面粗糙度等，而這些性質(zhì)依賴于sinps的尺寸和形態(tài)。使用傳統(tǒng)的溶膠-凝膠法得到的sinps具有較寬尺寸分布，而且可以通過調(diào)節(jié)反應參數(shù)來控制sinps的尺寸和形態(tài)，另外該方法也非常簡單，是合成sinps的首選方法。但是傳統(tǒng)的溶膠-凝膠法合成sinps是存在一些局限：1、該方法需要較長的時間（通常需要約20小時）；2、該方法使用氨水作為催化劑是，由于具有揮發(fā)性，在成核時往往不穩(wěn)定，從而導致合成的sinps不太均勻；3、在合成過程中氨水分解釋放的氨也可能被吸附到sinps表面，從而干擾下一步的處理。4、sinps的粒度均一性可能受其它多種因素的影響，所以控制粒度大小仍是一個非常復雜的問題。

因此，現(xiàn)有技術還有待于改進和發(fā)展。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種快速制備硅納米粒子的方法及硅納米粒子，旨在解決現(xiàn)有技術中無法快速合成粒徑均一的硅納米粒子的問題。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種快速制備硅納米粒子的方法，其中，包括步驟：

a、向預先配置好的有機醇溶液中添加堿性化合物，生成混合液；

b、向所述混合液中加入硅酸乙酯，攪拌1-120min后，得到反應后液；

c、對所述反應后液進行固液分離，將分離后的固體進行水洗、干燥處理，即得到硅納米粒子。

一種快速制備硅納米粒子的方法，其中，所述有機醇為乙醇或異丙醇。

一種快速制備硅納米粒子的方法，其中，所述有機醇的水溶液中，有機醇的濃度為50%-100%。

一種快速制備硅納米粒子的方法，其中，所述堿性化合物為固體堿或堿溶液。

一種快速制備硅納米粒子的方法，其中，所述堿性化合物為氫氧化鉀或氫氧化鈉。

一種快速制備硅納米粒子的方法，其中，所述混合液中堿性化合物濃度為5-200mmol/l。

一種快速制備硅納米粒子的方法，其中，所述硅酸乙酯的濃度為5-300mmol/l。

一種快速制備硅納米粒子的方法，其中，所述步驟c中，固液分離的離心速率為6000-8000rmp/min，離心時間為10-15min。

一種快速制備硅納米粒子的方法，其中，所述步驟b之后還包括步驟：

向反應后液中加入10-15倍反應后液體積的去離子水。

一種硅納米粒子，其中，采用上述方法制備而成。

有益效果：本發(fā)明通過本發(fā)明預先配置有機醇溶液，然后向所述有機醇的水溶液中加入作為催化劑的堿，再加入硅酸乙酯，攪拌反應1~120分鐘后將固液分離即得到表面光滑且粒徑均一的硅納米粒子，而且通過控制反應時間可控制所制備的硅納米粒子的粒徑大小，解決了現(xiàn)有技術中無法快速合成粒徑均一的硅納米粒子的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述快速制備硅納米粒子的方法較佳實施例的流程圖。

圖2為本發(fā)明實施例2所制備的硅納米粒子的紅外光譜圖。

圖3為本發(fā)明實施例4中攪拌反應時間為30min時所制備的硅納米粒子的掃描電鏡圖。

圖4為本發(fā)明實施例4中攪拌反應時間為45min時所制備的硅納米粒子的掃描電鏡圖。

圖5為本發(fā)明實施例4中攪拌反應時間為60min時所制備的硅納米粒子的掃描電鏡圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種快速制備硅納米粒子的方法及硅納米粒子，為使本發(fā)明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

一種快速制備硅納米粒子的方法，如圖1所示，包括步驟：

s1、向預先配置好的有機醇溶液中添加堿性化合物，生成混合液；

s2、向所述混合液中加入硅酸乙酯，攪拌1-120min后，得到反應后液；

s3、對所述反應后液進行固液分離，將分離后的固體進行水洗、干燥處理，即得到硅納米粒子。

因為堿能夠催化硅納米粒子的合成，而硅納米粒子的合成前體硅酸乙酯需溶解在有機醇中，因而本發(fā)明先配置有機醇的水溶液，然后向其中加入作為催化劑的堿性化合物，形成既能將硅酸乙酯溶解又能將堿溶解以發(fā)揮其催化作用的混合液。

本發(fā)明中，在加入硅酸乙酯之前加入堿性化合物，利于合成單分散的sinps的；而如果先加入硅酸乙酯再加入堿性化合物，合成的sinps是多分散性的。

較佳地，所述有機醇溶液的體積分數(shù)濃度為50%-100%，本發(fā)明所述的有機醇溶液中溶劑均為水。

有機醇可以提高硅酸乙酯的溶解度，并顯著降低水的高水合潛能，從而能夠在更短的時間內(nèi)達到臨界聚集濃度；而若有機醇含量太低，則會因為混溶性差導致硅酸乙酯在水中形成乳液。較佳地，所述有機醇可為相對廉價、易得且環(huán)保的乙醇或異丙醇。

較佳地，所述堿性化合物為氫氧化鉀或氫氧化鈉。在溫和的堿性條件下，以鉀離子或鈉離子作為反離子，二氧化硅前體（硅酸乙酯）可以爆發(fā)成核，該條件有利于硅酸乙酯與水解反應形成三維環(huán)狀聚硅酸鏈網(wǎng)絡，這些三維網(wǎng)絡在乙醇-水介質(zhì)中的達到過飽和后會聚集，從而生產(chǎn)硅納米顆粒。

較佳地，所述堿性化合物以溶液的形式加入到有機醇的水溶液中（例如以1mol/l的形式加入搭配有機醇的水溶液中），使得作為催化劑的堿能夠均勻且快速地在有機醇的水溶液中混合，以形成大量的單分散性的硅納米粒子，而如果以粉末或固體的形式加入則會形成多分散性的硅納米粒子。

較佳地，所述混合液中堿性化合物的濃度為5-200mmol/l，堿性化合物的濃度太低催化效果不佳，而且隨著堿濃度的加大，凝膠化速度越快，合成的硅納米粒子尺寸也越大，但是在堿性化合物的濃度達到200mmol/l的濃度以后，反應速度不再增加，因此將混合液中堿性化合物的濃度限制在5-200mmol/l。

較佳地，所述硅酸乙酯的濃度為5-300mmol/l。如果硅酸乙酯濃度高出這一范圍，由于硅酸乙酯過量，則反應中剩余的硅酸乙酯都不會轉化為二氧化硅納米顆粒，不但在反應結束時將被浪費，而且過量的硅酸乙酯將導致合成的納米顆粒粒徑過大。

所述步驟s2中，在室溫下攪拌反應1~120分鐘，本發(fā)明中，反應時間對sinps的尺寸控制大大增強，反應時間和sinps尺寸之間存在相關性，反應5-20分鐘后形成直徑約60nm的小尺寸sinps，隨著反應時間增加，合成的sinps粒徑將相應增加反應時間越長，合成的sinp越大；但是，由于快速反應動力學，在70min左右時，硅酸乙酯將被耗盡，因此，如果反應持續(xù)更長時間，則納米顆粒的尺寸將不會再進一步增長，或者由于較小顆粒上沉積在大顆粒上而可能增長一些，但是也會引起多分散性。因此，較佳地，所述攪拌反應為5~70分鐘。

在反應所需時間后，可以通過向反應后液中加入10-15倍反應液體積的去離子水以停止反應（因為硅酸乙酯可溶于乙醇并且不溶于水，加入大量的水使硅酸乙酯形成乳液，從而不參加反應）。當然，也可以直接進入固液分離步驟，也即通過離心sinp并丟棄反應液來停止反應。

較佳地，所述步驟s3中，以離心的方式對反應后液進行固液分離處理，固液分離的離心速率為6000-8000rmp/min，離心時間為10-15min。離心轉速太低，無法充分進行固液分離，而如果離心轉速太大則不但對設備要求更嚴格，而且對硅納米粒子也會產(chǎn)生一定的影響。

基于上述方法，本發(fā)明還提供了一種硅納米粒子，采用上述制備方法制備而成。

下面結合具體實施例作進一步說明。

實施例1

配置體積分數(shù)為50%的異丙醇溶液，并向其中加入1mol/l的氫氧化鈉至氫氧化鉀濃度為5mmmol/l，生成混合液；向所述混合液中加入硅酸乙酯至硅酸乙酯的濃度為5mmol/l，再室溫攪拌反應1分鐘，得反應后液；然后在6000rmp/min的速率下離心10分鐘，對反應后液進行固液分離處理，用去離子水沖洗分離得到的固體3次，最后干燥，得到硅納米粒子。

實施例2

配置體積分數(shù)為50%的乙醇溶液，并向其中加入1mol/l的氫氧化鉀溶液至氫氧化鉀濃度為100mmmol/l，生成混合液；向所述混合液中加入硅酸乙酯至硅酸乙酯的濃度為5mmol/l，再室溫攪拌反應30min，得反應后液；然后在6000rmp/min的速率下離心10min，對反應后液進行固液分離處理，然后用去離子水沖洗分離得到的固體3次，最后干燥，得到硅納米粒子，合成的硅納米粒子表面光滑、粒徑均勻；將所述硅納米粒子進行紅外光譜測試，結果如圖2所示，出現(xiàn)在1088.26cm-1處的非常強的峰值是si-o-si不對稱拉伸振動產(chǎn)生的特征峰，進一步證明了硅納米粒子的成功合成。

實施例3

配置體積分數(shù)為50%的乙醇溶液，并向其中加入1mol/l的氫氧化鉀溶液至氫氧化鉀濃度為100mmmol/l，生成混合液；向所述混合液中加入硅酸乙酯至硅酸乙酯的濃度為100mmol/l，再室溫攪拌反應45min，得反應后液；在6000rmp/min的速率下離心10min，對反應后液進行固液分離處理，然后用去離子水沖洗分離得到的固體4次，最后干燥，得到硅納米粒子，合成的硅納米粒子表面光滑、粒徑均勻。

實施例4

配置體積分數(shù)為75%的乙醇溶液，并向其中加入1mol/l的氫氧化鉀溶液至氫氧化鉀濃度為100mmmol/l，生成混合液；向所述混合液中加入硅酸乙酯至硅酸乙酯的濃度為300mmol/l，再室溫攪拌反應60min，得反應后液；在8000rmp/min的速率下離心15min，對反應后液進行固液分離處理，然后用去離子水沖洗分離得到的固體5次，最后干燥，得到硅納米粒子，合成的硅納米粒子表面光滑、粒徑均勻。

實施例5

配置體積分數(shù)為50%的乙醇溶液，向所述乙醇溶液中加入1mol/l的氫氧化鈉至氫氧化鉀濃度為90mmmol/l，生成混合液；向所述混合液中加入硅酸乙酯至硅酸乙酯的濃度為90mmol/l，分別在室溫攪拌反應30min、45min和60min，得三種反應后液；然后分別在6000rmp/min的速率下離心10min，對反應后液進行固液分離處理，然后用去離子水沖洗分離得到的固體3次，最后干燥，得到三種硅納米粒子，對所述反應30min、45min和60min后得到的三種硅納米粒子分別進行電鏡掃描試驗，掃描結果如圖3~5所示，可以看出，合成的硅納米粒子表面光滑、粒徑均勻，而且隨著反應時間增加，二氧化硅納米顆粒的粒徑也不斷增大。

綜上所述，本發(fā)明預先配置有機醇溶液，然后向所述有機醇溶液中加入作為催化劑的堿，再加入硅酸乙酯，攪拌反應1~120分鐘后將固液分離即得到表面光滑且粒徑均一的硅納米粒子，而且通過控制反應時間可控制所制備的硅納米粒子的粒徑大小，解決了現(xiàn)有技術中無法快速合成粒徑均一的硅納米粒子的問題。

應當理解的是，本發(fā)明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。