[发明专利]一种熔盐体系下低温晶化氧化硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化硅晶化的方法，尤其是涉及一种熔盐体系下低温晶化氧化硅的方法。

背景技术

氧化硅是地球上存在最多的材料之一，其存在形式主要有三种：石英(density＝2.65g·cm^-3,trigonal)，磷石英(density＝2.27g·cm^-3,cell monoclinic)，以及方石英(density＝2.32g·cm^-3,tetragonal)。在常压下，石英在1143K稳定存在，磷石英的稳定范围在1143-1743K，方石英1743-1973K。氧化硅通常应用在半导体器件领域。介孔氧化硅由于其具有较小孔径的特点，广泛应用在石油分解，或物质交换等方面，但是由于其无定型的孔壁结构导致其水热稳定性较差，大大限制了其应用。因此，对于介孔氧化硅的孔壁晶化依旧是一个未解决的难题。对于氧化硅的晶化，许多研究者以不同的方法得到不同形式的氧化硅。E.N.Korytkova等利用高压条件(100MP)在250～300℃以不同的前驱物制备出不同晶相的石英和方石英(Inorg.Mater.2002,38,227)。尽管水热法是一种最有效地制备晶态氧化硅的方法。但水热所需的高压条件不可避免的会对设备造成一定的损伤，而且反应很难以量化。A.M.Venezia等曾用碱金属离子掺杂的方法在800℃得到晶态的石英或方石英(J Solid State Chem.2001.161.373-378)。姜兴茂等人曾利用气溶胶辅助的方法常压条件下1000℃得到晶态的方石英(Chem.Commum.2012.48.1293-1295)，Y.Zhu等借助无定形碳促进的方法也成功制备出晶态的方石英(J.Mater.,2005,40,3829.)。虽然以上方法都成功的将无定型氧化硅进行晶化，但是这些方法的反应温度都不低于900℃。因此，开发一种在常压条件下低温合成，并且简单、经济和环保的方法来晶化氧化硅的方法是有现实意义的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种反应温度低、反应时间短、结晶度高、制备简单、经济环保的熔盐体系下低温晶化氧化硅的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种熔盐体系下低温晶化氧化硅的方法，包括以下步骤：

(1)将氧化硅加入熔盐体系中，并研磨得到混合粉体，使氧化硅均匀分散于熔盐中；

(2)将混合粉体在空气中常压条件下，500℃下熔盐反应4-6小时；

(3)反应结束后，用去离子水溶解去除熔盐，并离心，干燥处理得到晶化氧化硅，同时熔盐可以重复性利用。

优选地，步骤(1)所述的熔盐为NaNO₃熔盐，NaNO₃熔盐熔点在308℃左右满足实验温度条件。熔盐既能提供稳定的液态环境，又能诱导氧化硅晶化。

步骤(1)所述的氧化硅优选为介孔氧化硅SBA-15为原料。

优选地，步骤(1)中所述的氧化硅与熔盐的重量比为1:(10～50)。

优选地，步骤(1)中，先将熔盐预先研磨均匀后，再加入氧化硅充分研磨5分钟以上。

步骤(2)中将混合粉体置于坩埚中，一并放入管式炉高温区进行熔盐反应。

步骤(3)中干燥处理的温度为60～100℃，优选为80℃，时间为4h～8h。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

1、本发明首次提出了一种熔盐法低温晶化氧化硅的方法，显著降低反应温度，并且制备的为方石英；

2、采用本发明提供的方法容易实现反应的均匀性；

3、本发明中采用熔盐体系，在一定温度条件下提供了稳定的液态环境，而盐熔体的形成，则使反应成分在液相中的流动性增强，扩散速率显著提高；同时由于熔盐贯穿在生成的晶体颗粒之间，阻止颗粒之间的相互联结，因此熔盐法制得的晶体结构均匀，无团聚。并且可以明显地降低合成温度和缩短反应时间。在本发明中，从作用原理角度出发，以含有有机成分(P123)的SBA-15为原料，以硝酸钠为熔盐，钠离子可诱导方石英的晶化，硝酸根分解出的氧，可与有机物质反应释放出大量的热量，从而为晶化提供大量的能量来跨越所需势垒。之前的研究人们未考虑到熔盐不仅可提供稳定的液态环境，也可对晶化起一定的诱导作用。因此，采用本发明提供的方法晶化氧化硅具有反应温度低，反应时间短，结晶度高，制备简单、经济和环保等特点，具有较好的应用前景。

附图说明