专利名称：一种疏水性介孔二氧化硅膜的溶胶-凝胶制备方法
一种疏水性介孔二氧化硅膜的溶胶-凝胶制备方法本发明涉及一种半导体技术领域，具体是一种疏水性介孔二氧化硅膜的溶胶-凝胶制备方法。介孔二氧化硅膜表面存在大量的表面羟基，这些羟基是活性物理吸附中心，它们极易通过氢键吸附水分子而在孔表面形成水分子膜，介孔膜与水之间将进一步发生缩聚反应最终导致孔结构的崩塌，从而影响其在工业上的应用。因此，提高介孔二氧化硅膜的疏水性是提高其性能并推广应用的有效途径。目前提高介孔二氧化硅膜的疏水性主要有两种方法一是尽量消除孔表面的羟基团，将样品在800°C以上的高温下处理，使得硅羟基相互缩聚而最终消失，但是高温煅烧会对网络结构造成很大的破坏，可能会导致膜材料的致密化降低气体的渗透率，而且在降温的过程中，膜孔表面可能重新发生羟基化。二是通过化学修 饰，对孔道进行疏水处理，用含有疏水基团的硅烷前驱体与硅羟基进行反应，用疏水基团来取代Si原子上所连接的羟基，将孔道表面上的活性较高的硅羟基替换为惰性的疏水基团。当前文献中关于对介孔分子筛的疏水改性有很多报道，但对介孔膜的疏水改性报道的比较少。本发明的目的在于克服现有方法疏水改性效果差，高温处理时易造成介孔结构破坏等缺点，提供一种制备疏水性介孔二氧化硅膜的溶胶-凝胶法生产工艺。本发明实验设备简单、操作方便，原料易得，能耗小成本低，具有工业推广及实际应用价值。本发明的介孔二氧化硅膜具有良好的介孔结构和强的疏水性。本发明是通过以下技术方案实现的本发明所涉及的疏水性介孔二氧化硅膜溶胶-凝胶法法生产工艺，包括有如下步骤步骤一，称取适量十六烷基三甲基溴化铵溶于一定体积的乙醇中配成溶液；步骤二，向步骤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娃，室温下搅拌一段时间；步骤三，向步骤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；步骤四，将步骤三所得的溶液置入恒温水浴中回流一定时间，再室温下陈化一段时间，得到SiO2溶胶；步骤五，将步骤四所得的溶胶为涂膜液，采用dip-coating方法在经过酸洗、醇洗的光滑玻璃片上涂覆SiO2薄膜；步骤六，将步骤五所得的薄膜在室温下自然干燥一段时间，然后移入恒温烘箱中至完全干燥；步骤七，将步骤六干燥所得薄膜移入程序控温的管式炉(N2气氛)中，并在一定温度下煅烧一定时间即得疏水性介孔二氧化硅膜。其中步骤一中，所述溶液的浓度为O. 8g/L。步骤二中，正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅的摩尔比例为3 1，反应时间在lh-1. 5h。步骤三中，HNO3、乙醇和水的体积比为I : 2 : 3。步骤四中，保温温度在60°C _80°C，保温时间在4h_6h，陈化时间为10h_12h。
步骤六中，自然干燥时间4h_5h，保温温度在55°C _75°C，保温时间在12h_20h。步骤七中，煅烧温度在400°C -700°C，保温时间在2h_5h。本发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结构，平均孔径在5nm-10nm，孔体积为O. 69-0. 9g/cm_3 ;疏水甲基基团成功地部分代替了膜孔表面的亲水羟基团，接触角达到110°以上，说明其具有很好的疏水性；同时，本发明所采用的制备方法简单，容易操作，并且更加安全。以下结合实施例对本发明作进一步说明。本发明的生产技术对本专业的人来说是容易实施的。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。实施例称取O. 08g十六烷基三甲基溴化铵溶于IOOml乙醇溶于一定体积的乙醇中配成溶液；加入摩尔比I : 3混合的正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅3ml，室温下搅拌Ih ;加入一定体积比I : 2 3混合的HNO3、乙醇和水的混合溶液30ml ;将溶液置入恒温水浴中回流4h，再室温下陈化10h，得到SiO2溶胶；将所得的溶胶为涂膜液，采用dip-coating方法在经过酸洗、醇洗的光滑玻璃片上涂覆SiO2薄膜；将薄膜在室温下自然干燥5h，然后移入60°C恒温烘箱中干燥15h ；将干燥过的薄膜移入程序控温的管式炉(N2气氛)中，并在400°C下煅烧3h即得疏水性介孔二氧化硅膜。本实施例得到的疏水性介孔二氧化硅膜平均孔径在8nm，孔体积为O. 8g/cm_3 ;接触角达到115°。利用上述溶胶-凝胶方法可制备介孔二氧化硅膜，并达到其特有的有益效果。
权利要求
1.本发明是一种疏水性介孔二氧化硅膜的溶胶-凝胶制备方法，本发明的介孔二氧化硅膜具有良好的介孔结构和强的疏水性。得到的疏水性介孔二氧化硅膜平均孔径在8nm，孔体积为O. 8g/cm_3 ;接触角达到115。。
2.根据权利要求I所述的一种疏水性介孔二氧化硅膜的溶胶-凝胶制备方法，包括如下步骤 步骤一，称取适量十六烷基三甲基溴化铵溶于一定体积的乙醇中配成溶液； 步骤二，向步骤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，室温下搅拌一段时间； 步骤三，向步骤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； 步骤四，将步骤三所得的溶液置入恒温水浴中回流一定时间，再室温下陈化一段时间，得到SiO2溶胶； 步骤五，将步骤四所得的溶胶为涂膜液，采用dip-coating方法在经过酸洗、醇洗的光滑玻璃片上涂覆SiO2薄膜； 步骤六，将步骤五所得的薄膜在室温下自然干燥一段时间，然后移入恒温烘箱中至完全干燥； 步骤七，将步骤六干燥所得薄膜移入程序控温的管式炉(N2气氛)中，并在一定温度下煅烧一定时间即得疏水性介孔二氧化硅膜。
3.根据权利要求2所述的一种疏水性介孔二氧化硅膜的溶胶-凝胶制备方法，其特征在于步骤一中，所述溶液的浓度为O. 8g/L。
4.根据权利要求2所述的一种疏水性介孔二氧化硅膜的溶胶-凝胶制备方法，其特征在于步骤二中，正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅的摩尔比例为3 1，反应时间在lh-1. 5h。
5.根据权利要求2所述的一种疏水性介孔二氧化硅膜的溶胶-凝胶制备方法，其特征在于步骤三中，HNO3、乙醇和水的体积比为I : 2 : 3。
6.根据权利要求2所述的一种疏水性介孔二氧化硅膜的溶胶-凝胶制备方法，其特征在于步骤四中，保温温度在60°C _80°C，保温时间在4h-6h，陈化时间为10h-12h。
7.根据权利要求2所述的一种疏水性介孔二氧化硅膜的溶胶-凝胶制备方法，其特征在于步骤六中，自然干燥时间4h-5h，保温温度在55°C _75°C，保温时间在12h_20h。
8.根据权利要求2所述的一种疏水性介孔二氧化硅膜的溶胶-凝胶制备方法，其特征在于步骤七中，煅烧温度在400°C _700°C，保温时间在2h-5h。
全文摘要
本发明的目的在于克服现有方法疏水改性效果差，高温处理时易造成介孔结构破坏等缺点，提供一种制备疏水性介孔二氧化硅膜的溶胶-凝胶法生产工艺。本发明实验设备简单、操作方便，原料易得，能耗小成本低，具有工业推广及实际应用价值。本发明的介孔二氧化硅膜具有良好的介孔结构和强的疏水性。得到的疏水性介孔二氧化硅膜平均孔径在8nm，孔体积为0.8g/cm-3；接触角达到115°。提高介孔二氧化硅膜的疏水性是提高其性能并推广应用的有效途径。
文档编号C01B33/12GK102757055SQ20111011010
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者沈杰 申请人:昆山智集材料科技有限公司