专利名称：六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法
技术领域：
本发明涉及六氟硅酸钠晶体的制备方法。
技术背景
六氟硅酸钠晶体，作为一种无机晶体材料，尤其是微米尺度的晶体材料，被广泛 用于功能材料、器件及水处理领域。因为仿生学的原因，具有花草树木形状的晶体受到了 更多的关注。现有的通过在六氟硅酸钠盐结晶过程中加入碳酸钠和氢氟酸，控制PH值为 2. 5^3. 5，在温度为25°C、磁场强度为5T的条件下反应45min制备的六氟硅酸钠晶体的形状 为六棱柱形；而在碳纳米管复合物溶液中生长的六氟硅酸钠晶体为六棱管状，目前喇叭花 状六氟硅酸钠晶体没有报道。
发明内容
本发明是为了解决现有的六氟硅酸钠晶体的形状单一的问题，而提供六角喇叭花 状六氟硅酸钠晶体的制备方法。本发明的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法按以下步骤进行一、先将玻 璃基片放在浓度> 98% (质量)的浓硫酸中浸泡24h 48h，然后用去离子水冲洗干净并烘 干，得到洁净的玻璃基片；二、按二氧化硅的浓度为8% 12% (质量)，将粒径为380nm 450nm的二氧化硅粒子加入到无水乙醇中，并放在超声波清洗器中处理5min 15min，得到 二氧化硅乳液；三、将经步骤一得到的洁净的玻璃基片立在装有二氧化硅乳液的容器中，静 置，待乙醇挥发后，得到二氧化硅胶体晶体模板；四、按聚合物的浓度为8% 12% (质量)称 取聚合物和溶剂并配制溶液，然后将聚合物溶液滴到二氧化硅胶体晶体模板上，将模板完 全覆盖。然后将二氧化硅胶体晶体模板在室温下保持3min lOmin，接着将其放入真空干 燥箱中，在温度为50°C 80°C、真空度0. 25kPa^0. 6kPa的条件下保持2h 3h，再在温度为 100°C 130°C、真空度0. 25kPa 0. 6kPa的条件下保持0. 8h 1. 2h，得到复合膜；五、将经 步骤五得到的复合膜放在浓度为18% 25% (质量)的氢氟酸溶液中，在温度为10°C 15°C 的条件下保持3min IOmin后，将复合膜取出，用蒸馏水洗涤，得到六角喇叭花状六氟硅酸 钠晶体；其中步骤四中所述的聚合物为的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯；步骤四中所述的 溶剂为甲苯或N，N- 二甲基甲酰胺。本发明的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法还可以按以下步骤进行一、 先将玻璃基片放在浓度> 98%(质量)的浓硫酸中浸泡24h 48h，然后用去离子水冲洗干净 并烘干，得到洁净的玻璃基片；二、按二氧化硅的浓度为8% 12%(质量)，将粒径为380nm 450nm的二氧化硅粒子加入到无水乙醇中，并放在超声波清洗器中处理5min 15min，得到 二氧化硅乳液；三、将经步骤一得到的洁净的玻璃基片立在装有二氧化硅乳液的容器中，静 置，待乙醇挥发后，得到二氧化硅胶体晶体模板；四、将聚合物颗粒或粉末均勻放在二氧化 硅胶体晶体模板上，将模板完全覆盖，然后将二氧化硅胶体晶体模板放入烘箱中，加热使聚合物呈粘流态，保持3min IOmin后取出，降至常温，得到复合膜；五、将经步骤五得到的复 合膜放在浓度为18% 25% (质量)的氢氟酸溶液中，在温度为10°C 15°C的条件下保持 3min IOmin后，将复合膜取出，用蒸馏水洗涤，得到六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体。本发明利用制版和刻蚀技术，采用自下而上的方法自组装，将二氧化硅粒子和聚 合物制备成控制晶体的生长的模版，将此模板放入氢氟酸溶液后，玻璃基片开始溶解，得到 的溶解物六氟硅酸钠向复合模板上沉积，玻璃完全溶解之后，二氧化硅球开始溶解，溶解产 生SiF4气体，气体上冲，使得之前沉积的产物产生空隙，晶体继续生长，得到花状晶体。在此 过程中中，聚合物保留了二氧化硅球的形状，二氧化硅球提供了形状和气体，玻璃基片溶解 提供了硅酸盐。本发明制备的六氟硅酸钠晶体为六角喇叭花状，制备方法简单，材料易得， 成本低，可以用作功能材料或用于水处理。
图1是具体实施方式
十一得到的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的低倍扫描电镜 图；图2是具体实施方式
十一得到的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的高倍扫描电镜图；图3 是具体实施方式
十一得到的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的X衍射图谱；图4是具体实施 方式二十一得到的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的扫描电镜图。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式的的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法按以 下步骤进行一、先将玻璃基片放在浓度> 98% (质量)的浓硫酸中浸泡24h 48h，然后用 去离子水冲洗干净并烘干，得到洁净的玻璃基片；二、按二氧化硅的浓度为8% 12% (质 量)，将粒径为380nm 450nm的二氧化硅粒子加入到无水乙醇中，并放在超声波清洗器中 处理5min 15min，得到二氧化硅乳液；三、将经步骤一得到的洁净的玻璃基片立在装有二 氧化硅乳液的容器中，静置，待乙醇挥发后，得到二氧化硅胶体晶体模板；四、按聚合物的浓 度为8% 12% (质量)称取聚合物和溶剂并配制溶液，然后将聚合物溶液滴到二氧化硅胶体 晶体模板上，将模板完全覆盖，然后将二氧化硅胶体晶体模板在室温下放置3min lOmin， 接着将其放入真空干燥箱中，在温度为50°C 80°C、真空度0. 25kPa 0. 6kPa的条件下保持 2h 3h，再在温度为100°C 130°C、真空度0. 25kPa 0. 6kPa的条件下保持0. 8h 1. 2h， 得到复合膜；五、将经步骤五得到的复合膜放在浓度为18% 25% (质量)的氢氟酸溶液中， 在温度为10°C 15°C的条件下保持3min IOmin后，将复合膜取出，用蒸馏水洗涤，得到 六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体；其中步骤四中所述的聚合物为的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸 甲酯；步骤四中所述的溶剂为甲苯或N，N-二甲基甲酰胺。本实施方式利用制版和刻蚀技术，采用自下而上的方法自组装，将二氧化硅粒子 和聚合物制备成控制晶体的生长的模版，将此模板放入氢氟酸溶液后，玻璃基片开始溶解， 得到的溶解物六氟硅酸钠向复合模板上沉积，玻璃完全溶解之后，二氧化硅球开始溶解，溶 解产生SiF4气体，气体上冲，使得之前沉积的产物产生空隙，晶体继续生长，得到花状晶体。 在此过程中中，聚合物保留了二氧化硅球的形状，二氧化硅球提供了形状和气体，玻璃基片 溶解提供了硅酸盐。本实施方式制备的六氟硅酸钠晶体为六角喇叭花状，制备方法简单，材 料易得，成本低。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中玻璃基片在 浓硫酸中浸泡28h 45h。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是步骤一中玻璃基 片在浓硫酸中浸泡36h。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是步骤二中二 氧化硅的浓度为9% 11. 5% (质量)、粒径为390nm 440nm、超声处理6min 13min。其
它与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是步骤二中二 氧化硅的浓度为10%(质量)、粒径为420nm、超声处理lOmin。。其它与具体实施方式
一至四 之一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是步骤四中聚 合物的浓度为9% 11.5% (质量)。其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是步骤四中聚 合物的浓度为10% (质量)。其它与具体实施方式
一至六之一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至七之一不同的是步骤四中 滴加聚合物溶液的模板在室温下保持4min 9min，接着将其放入真空干燥箱中，在温度 为55°C 75°C、真空度0. 3kPa 0. 5kPa的条件下保持2. 2h 2. 8h，再在温度为110°C 125°C、真空度0. 3kPa^0. 5kPa的条件下保持0. 9h 1. lh。其它与具体实施方式
一至七之 一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至八之一不同的是步骤四中滴 加聚合物溶液的模板在室温下保持6min，接着将其放入真空干燥箱中，在温度为65°C、真 空度0. 4kPa的条件下保持2. 5h，再在温度为118°C、真空度0. 4kPa的条件下保持1. Oh。其 它与具体实施方式
一至八之一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至九之一不同的是步骤五中将 复合膜放在浓度为19% 24% (质量)的氢氟酸溶液中，在温度为irC 14°C的条件下保 持4min 9min后，将复合膜取出。其它与具体实施方式
一至九之一相同。
具体实施方式
十一本实施方式的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法按以 下步骤进行一、先将玻璃基片放在浓度> 98% (质量)的浓硫酸中浸泡24h，然后用去离子 水冲洗干净并烘干，得到洁净的玻璃基片；二、按二氧化硅的浓度为10% (质量)，将粒径为 400nm的二氧化硅粒子加入到无水乙醇中，并放在超声波清洗器中处理lOmin，得到二氧化 硅乳液；三、将经步骤一得到的洁净的玻璃基片立在装有二氧化硅乳液的容器中，静置，待 乙醇挥发后，得到二氧化硅胶体晶体模板；四、按聚苯乙烯浓度为10% (质量)称取聚苯乙烯 和甲苯并配制溶液，将聚苯乙烯溶液滴到二氧化硅胶体晶体模板上，将模板完全覆盖。然 后将二氧化硅胶体晶体模板在室温下保持5min后，放在真空干燥箱中，在温度为60°C、真 空度0. 6kPa的条件下保持3h，然后再在温度为120°C、真空度0. 6kPa的条件下保持Ih得 到复合膜；五、将经步骤五得到的复合膜放在浓度为20% (质量)的氢氟酸溶液中，在温度为 15°C的条件下保持IOmin后，将复合膜取出，用蒸馏水洗涤，得到六角喇叭花状六氟硅酸钠 晶体。本实施方式得到的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的低倍扫描电镜图如图1所示，高倍扫描电镜图如图2所示，从图1可以看出，喇叭花状六氟硅酸钠晶体排列整齐，每个花 的直径为2 μ πΓ3 μ m,从图2可以清楚地看出六氟硅酸钠晶体为六角的喇叭花状。本实施方 式得到的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的X衍射图谱如图3所示，从图3可以看出，本实施 方式得到的为六氟硅酸钠晶体。本实施方式的制备方法简单，材料易得，成本低。
具体实施方式
十二 本实施方式的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法按以 下步骤进行一、先将玻璃基片放在浓度> 98%(质量)的浓硫酸中浸泡24h 48h，然后用去 离子水冲洗干净并烘干，得到洁净的玻璃基片；二、按二氧化硅的浓度为8% 12% (质量)， 将粒径为380nm 450nm的二氧化硅粒子加入到无水乙醇中，并放在超声波清洗器中处理 5min 15min，得到二氧化硅乳液；三、将经步骤一得到的洁净的玻璃基片立在装有二氧化 硅乳液的容器中，静置，待乙醇挥发后，得到二氧化硅胶体晶体模板；四、将聚合物颗粒或粉 末均勻放在二氧化硅胶体晶体模板上，将模板完全覆盖，然后将二氧化硅胶体晶体模板放 入烘箱中，加热使聚合物呈粘流态，保持3min IOmin后取出，降至常温，得到复合膜；五、 将经步骤五得到的复合膜放在浓度为18% 25% (质量)的氢氟酸溶液中，在温度为10°C 15°C的条件下保持3min IOmin后，将复合膜取出，用蒸馏水洗涤，即得六角喇叭花状六氟 硅酸钠晶体。本实施方式利用制版和刻蚀技术，采用自下而上的方法自组装，将二氧化硅粒子 和聚合物制备成控制晶体的生长的模版，将此模板放入氢氟酸溶液后，玻璃基片开始溶解， 得到的溶解物六氟硅酸钠向复合模板上沉积，玻璃完全溶解之后，二氧化硅球开始溶解，溶 解产生SiF4气体，气体上冲，使得之前沉积的产物产生空隙，晶体继续生长，得到花状晶体。 在此过程中中，聚合物保留了二氧化硅球的形状，二氧化硅球提供了形状和气体，玻璃基片 溶解提供了硅酸盐。本实施方式制备的六氟硅酸钠晶体为六角喇叭花状，制备方法简单，材 料易得，成本低。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
十二不同的是步骤一中玻璃基 片在浓硫酸中浸泡28h 45h。其它与具体实施方式
十二相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
十二或十三不同的是步骤一中 玻璃基片在浓硫酸中浸泡36h。其它与具体实施方式
十二或十三相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
十二至十四之一不同的是步骤 二中二氧化硅的浓度为9% 11. 5%(质量)、粒径为390nm 440nm、超声处理6min 13min。 其它与具体实施方式
十二至十四之一相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
十二至十五之一不同的是步骤 二中二氧化硅的浓度为10% (质量)、粒径为420nm、超声处理lOmin。其它与具体实施方式
十二至十五之一相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
十二至十六之一不同的是步骤 四中将覆盖聚合物的二氧化硅胶体晶体模板放入烘箱中，加热使呈粘流态，保持4min 9min后取出。其它与具体实施方式
十二至十六之一相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
十二至十七之一不同的是步骤 四中将覆盖聚合物的二氧化硅胶体晶体模板放入烘箱中，加热使呈粘流态，保持5min后取 出。其它与具体实施方式
十二至十七之一相同。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
十二至十八之一不同的是步骤五中将复合膜放在浓度为19% 24% (质量)的氢氟酸溶液中，在温度为IPC 14°C的条 件下保持4min 9min。其它与具体实施方式
十二至十八之一相同。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
十二至十九之一不同的是步骤 五中将复合膜放在浓度为20% (质量)的氢氟酸溶液中，在温度为13°C的条件下保持5min。 其它与具体实施方式
十二至十九之一相同。
具体实施方式
二十一本实施方式的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法按 以下步骤进行一、先将玻璃基片放在浓度> 98% (质量)的浓硫酸中浸泡24h，然后用去离 子水冲洗干净并烘干，得到洁净的玻璃基片；二、按二氧化硅的浓度为10%(质量)，将粒径为 450nm的二氧化硅粒子加入到无水乙醇中，并放在超声波清洗器中处理lOmin，得到二氧化 硅乳液；三、将经步骤一得到的洁净的玻璃基片立在装有二氧化硅乳液的容器中，静置，待 乙醇挥发后，得到二氧化硅胶体晶体模板；四、将聚合物颗粒或粉末均勻放在二氧化硅胶体 晶体模板上，将模板完全覆盖。然后将二氧化硅胶体晶体模板放入烘箱中，加热使聚合物呈 粘流态，保持IOmin后取出，降至常温，得到复合膜；五、将经步骤五得到的复合膜放在浓度 为20% (质量)的氢氟酸溶液中，在温度为10°C 15°C的条件下保持IOmin后，将复合膜取 出，用蒸馏水洗涤，得到六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体。本实施方式得到的六氟硅酸钠晶体的扫描电镜图如图2所示，从图2可以看出，六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体整齐排列，六角喇叭花的直径为2 μ πΓ3 μ m，本实施方式的制备 方法简单，材料易得，成本低。
权利要求
六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法，其特征在于六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法按以下步骤进行一、先将玻璃基片放在浓度≥98%(质量)的浓硫酸中浸泡24h～48h，然后用去离子水冲洗干净并烘干，得到洁净的玻璃基片；二、按二氧化硅的浓度为8%～12%(质量)，将粒径为380nm～450nm的二氧化硅粒子加入到无水乙醇中，并放在超声波清洗器中处理5min～15min，得到二氧化硅乳液；三、将经步骤一得到的洁净的玻璃基片立在装有二氧化硅乳液的容器中，静置，待乙醇挥发后，得到二氧化硅胶体晶体模板；四、按聚合物的浓度为8%～12%(质量)称取聚合物和溶剂并配制溶液，然后将聚合物溶液滴到二氧化硅胶体晶体模板上，将模板完全覆盖；然后将二氧化硅胶体晶体模板在室温下保持3min～10min，接着将其放入真空干燥箱中，在温度为50℃～80℃、真空度0.25kPa~0.6kPa的条件下保持2h～3h，再在温度为100℃～130℃、真空度0.25kPa~0.6kPa的条件下保持0.8h～1.2h，得到复合膜；五、将经步骤五得到的复合膜放在浓度为18%～25%(质量)的氢氟酸溶液中，在温度为10℃～15℃的条件下保持3min～10min后，将复合膜取出，用蒸馏水洗涤，得到六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体；其中步骤四中所述的聚合物为的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯；步骤四中所述的溶剂为甲苯或N,N-二甲基甲酰胺。
2.根据权利要求1所述的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法，其特征在于步骤 一中玻璃基片在浓硫酸中浸泡28h 45h。
3.根据权利要求1或2所述的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法，其特征在于 步骤二中二氧化硅的浓度为9% 11. 5% (质量)、粒径为390nm 440nm、超声处理6min 13min。
4.根据权利要求3所述的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法，其特征在于步骤 四中聚合物的浓度为9% 11. 5% (质量)。
5.根据权利要求1、2或4所述的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法，其特征在 于步骤四中滴加聚合物溶液的模板在室温下保持4min 9min，接着将其放入真空干燥箱 中，在温度为55°C 75°C、真空度0. 3kPa^0. 5kPa的条件下保持2. 2h 2. 8h，再在温度为 110°C 125°C、真空度0. 3kPa 0. 5kPa的条件下保持0. 9h 1. Ih0
6.根据权利要求5所述的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法，其特征在于步骤 五中将复合膜放在浓度为19% 24% (质量)的氢氟酸溶液中，在温度为IPC 14°C的条 件下保持4min 9min后，将复合膜取出。
7.六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法，其特征在于六角喇叭花状六氟硅酸钠晶 体的制备方法按以下步骤进行一、先将玻璃基片放在浓度> 98% (质量)的浓硫酸中浸泡 24h 48h，然后用去离子水冲洗干净并烘干，得到洁净的玻璃基片；二、按二氧化硅的浓度 为8% 12% (质量)，将粒径为380nm 450nm的二氧化硅粒子加入到无水乙醇中，并放在 超声波清洗器中处理5min 15min，得到二氧化硅乳液；三、将经步骤一得到的洁净的玻璃 基片立在装有二氧化硅乳液的容器中，静置，待乙醇挥发后，得到二氧化硅胶体晶体模板； 四、将聚合物颗粒或粉末均勻放在二氧化硅胶体晶体模板上，将模板完全覆盖，然后将二氧 化硅胶体晶体模板放入烘箱中，加热使聚合物呈粘流态，保持3min IOmin后取出，降至常 温，得到复合膜；五、将经步骤五得到的复合膜放在浓度为18% 25% (质量)的氢氟酸溶液 中，在温度为10°C 15°C的条件下保持3min IOmin后，将复合膜取出，用蒸馏水洗涤，得 到六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体。
8.根据权利要求7所述的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法，其特征在于步骤 二中二氧化硅的浓度为9% 11. 5%(质量)、粒径为390nm 440nm、超声处理6min 13min。
9.根据权利要求7或8所述的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法，其特征在 于步骤四中将覆盖聚合物的二氧化硅胶体晶体模板放入烘箱中，加热使呈粘流态，保持 4min 9min后取出。
10.根据权利要求9所述的六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法，其特征在于步 骤五中将复合膜放在浓度为19% 24% (质量)的氢氟酸溶液中，在温度为IPC 14°C的 条件下保持4min 9min。
全文摘要
六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体的制备方法，它涉及六氟硅酸钠晶体的制备方法。本发明解决了现有的六氟硅酸钠晶体的形状单一的问题。本发明方法将洁净的玻璃基片立在二氧化硅的乙醇乳液中，静置后乙醇挥发，得到二氧化硅胶体晶体模板；然后再将聚合物溶液或熔液加在模板上，去除溶剂或使熔液凝固，得到复合膜；然后再将复合膜放在氢氟酸溶液中保持3～10min，取出后洗涤，得到六角喇叭花状六氟硅酸钠晶体；本发明制备的六氟硅酸钠晶体为六角喇叭花状，制备方法简单，材料易得，成本低，可以用作功能材料或用于水处理。
文档编号C01B33/32GK101837986SQ20101020724
公开日2010年9月22日 申请日期2010年6月23日 优先权日2010年6月23日
发明者孙立国, 战阴旭, 李佰林, 汪成, 赵冬梅 申请人:黑龙江大学