[发明专利]溶胶凝胶法制备疏水性介孔二氧化硅膜

说明书

[技术领域]

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。

[背景技术]

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℃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。

[发明内容]

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。

其中

步骤一中，所述溶液的浓度为0.8g/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1h-1.5h。

步骤三中，HNO₃、乙醇和水的体积比为1∶2∶3。

步骤四中，保温温度在60℃-80℃，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℃-75℃，保温时间在12h-20h。

步骤七中，煅烧温度在400℃-700℃，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0.69-0.9g/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。

[具体实施方式]

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0.08g十六烷基三甲基溴化铵溶于100ml乙醇溶于一定体积的乙醇中配成溶液；

加入摩尔比1∶3混合的正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅3ml，室温下搅拌1h；

加入一定体积比1∶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；