中國粉體網訊 中空二氧化硅是一種特殊的新型無機材料，內部為空腔結構，由于自身的無毒、熔點及穩(wěn)定性高、易改性等特點，在藥物控釋、耐火材料、膠囊封裝、納米催化劑等方面有眾多應用。因此，中空二氧化硅微球的應用領域受到研究者廣泛的關注。
1、吸附材料
中空SiO2微球無毒、比表面積大、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，且類似于活性炭具有高吸附性，使其在輕工業(yè)領域或精細化工中用于香精的負載，例如羅勒、迷迭香、百里香等，可以延長香精的釋放時間。同時，SiO2殼層表面的孔隙能控制香精的釋放速度，增強香精的穩(wěn)定性和留香時間。
程金瑜等制備出的多孔SiO2微球對染料羅丹明B有著良好的吸附性能，且在重復利用吸收10次后，經過簡單的清洗、干燥處理，依舊能重復使用，表現出良好的去除性及可重復利用性。
此外，在污水處理領域，SiO2中空微球的介孔結構及空腔結構對廢水中重金屬離子、染料分子都有著很強的吸附能力。
Najafi等分別利用模板法和微乳法制得SiO2空心微球和SiO2磁性微球，研究發(fā)現，所制備的SiO2微球對廢水中Cd（Ⅱ）和亞甲基藍染料有著極高的吸附能力。
李苗苗等人用硝酸鈰銨作為引發(fā)劑，從而引發(fā)丙烯腈自由基在中空二氧化硅微球的空腔和孔道內進行聚合，制備用于吸附水中重金屬鉻離子的產品。
張辰等人采用最簡單的溶膠凝膠法制備HMSM，同時，通過改變設備過程中加強的用量，從而調控模板的結構以及硅源的水解速度，達到控制HMSM結構和形貌的目的。
2、生物醫(yī)學材料
SiO2納米材料不僅具有良好的生物兼容性，而且無毒無味。利用中空SiO2微球可以制得磁性復合微球。因其具有磁性，所以可以在磁場的作用下運輸至指定的位置，也可以通過磁場迅速地從環(huán)境中提取分離出來。不但可以保護藥物生理活性在體內免于被破壞；并能實現緩釋、控釋和靶向釋藥的目的；從而顯著地提高療效、降低毒副作用。在DNA追蹤、靶向藥物、核酸、蛋白質、酶等生物、醫(yī)學領域具有廣闊的應用前景。
Wang等合成了結合鉑前藥的靶向活性的介孔二氧化硅納米顆粒，并用其輸送治癌藥物，用乳糖酸進行靶向肝臟給藥。該納米顆粒不僅可治療肝癌，還可靶向肝臟腫瘤部位，隨著微球中藥物濃度的降低，釋藥的推動力逐漸降低，釋藥速率趨于平緩，此給藥系統(tǒng)對藥物起到了很好的緩控釋作用，延長體內循環(huán)時間。
中空二氧化硅微球表現出良好的生物相容性和穩(wěn)定性，其內部具有的空腔，在造影模式下可產生高質量的回波信號，因此引起超聲成像領域研究人員的廣泛關注。
許智莉通過將阿霉素和PFP載入中空介孔有機硅納米顆粒中，之后將PAW246.7巨噬細胞吞噬DPHs構成巨噬細胞仿生炸彈（DPH－RAWs）。之后利用超高分辨率小動物超聲影像系統(tǒng)驗證DPH－RAWs的超聲造影成像性能，研究發(fā)現，DPH－RAWs對腫瘤具有良好的體外及體內靶向性，且經尾靜脈注射后，在超聲造影模式下可觀測到腫瘤內血管灌注成像。
3、儲能材料
在儲能領域，SiO2空心材料可以增強熱輻射的效果，降低空氣對流換熱造成的熱量損失，將其制備為保溫材料可以降低工業(yè)生產中的熱量損失。SiO2材料的熔點為1723℃，沸點為2230℃，在高溫下具有高強度、高韌性和高穩(wěn)定性，可將其摻雜在高分子材料中提高材料的各項性能。據中國粉體網了解，一些已經證明了空心二氧化硅顆粒在電解質穩(wěn)定劑和鋰離子電池陽極中的應用，解決了傳統(tǒng)電池充電過程中鋰枝晶生長、增殖造成的短路問題。
代曉雪等人，以氧化鋅顆粒為模板，葡萄糖為碳源，制備了二氧化硅/碳復合材料。結果表明，較小的納米尺寸和中空結構可以有效地減小Li的擴散距離并緩解充放電過程中的體積膨脹。此外，碳包覆層可以作為“緩沖層”，避免了二氧化硅與電解液直接接觸，同時提高了復合材料的導電性。在0.1A·g-1電流密度下經過50次循環(huán)后，SiO2@C的放電比容量為766.2mAh.g-1。
4、光電材料
中空SiO2微球在光電材料領域也有著很大的應用前景。其原因在于空心微球能夠排列成緊密的三維周期晶格結構，從而使其性質發(fā)生極大的改變。最突出的一點是，從該結構中得到的光子或是光電子帶隙將不會在微球內部的任何方向傳播，這就能夠改變光的流向從而抑制光的自發(fā)傳播。
杜涵等將TiO2負載于介孔SiO2空心球上制得光催化降解劑，以亞甲基藍為目標降解物，紫外線照射40min后降解率可達98.7％。除此之外，SiO2也常用來包覆納米晶，SiO2殼層能夠提高納米晶的光化學穩(wěn)定性，增加量子產量。
5、磁性材料
中空SiO2微球具有密度小、比表面積大、結構穩(wěn)定、不易發(fā)生團聚等優(yōu)異的物理化學性能，能夠有效屏蔽磁性納米微粒之間的磁性偶極作用，可以保護磁性納米微粒不被外界酸性或堿性環(huán)境所腐蝕，提高磁性納米微粒的分散穩(wěn)定性。所以，人們常用SiO2外殼負載磁性納米顆粒。
王志琰等利用原位載藥法制備出載藥磁性SiO2空心球用于藥物的控釋與緩釋，可保證藥物的均勻釋放，且最終釋放量可達 90％以上。
Shen等利用中空SiO2微球負載改性Fe3O4（MFN）制備出磁性SiO2微球，在實驗過程中MFN的磁性并未減少，且使得每個中空SiO2微球都具有均勻的磁性分布。所得磁性微球的強磁性有利于吸附劑的分離和回收，對重金屬離子或有機污染物有較強的吸附去除率，具有很大的應用潛力。
6、隔熱材料
作為一種新興的隔熱材料，二氧化硅空心球因其特殊的結構具有低于傳統(tǒng)隔熱材料的導熱率。與二氧化硅顆粒相比，二氧化硅空心顆粒的殼中二氧化硅含量少，導致固體間的熱傳導降低。此外，當空腔內填充介質是空氣或者一些低傳導氣體時，其熱導率可以進一步下降。目前，空心二氧化硅顆粒已作為添加劑來降低基體材料的熱導率，并且效果十分顯著。
Hu P. 等在玻璃板上涂布含中空SiO2納米球的保溫涂層，通過紅外燈的照射證明涂層的保溫性能隨著中空SiO2納米球的含量的增加而提高.
M.Grandcolas等制備了疏水改性的中空SiO2納米球并且應用于保溫材料中。實驗結果表明，未疏水的改性中空SiO2納米球的導熱系數明顯高于疏水改性后的，這表明疏水官能團的加入可以降低保溫材料的導熱系數。
N.S. A. Mofid 等研究發(fā)現，中空SiO2納米球的殼厚與內孔徑同樣會影響涂層的隔熱性能，減小球殼厚度或內孔徑可以有效降低固相熱傳導的貢獻，從而降低涂層的導熱系數。
7、催化材料
二氧化硅空心微球因具有腔內結構和較大的比表面積能夠增大與溶液的接觸面積，加速反應進程，而納米級催化劑又能很好的負載于空心微球上，所以SiO2微球用作催化劑或催化劑載體有著明顯優(yōu)勢。
聶志欣等人使用中空介孔二氧化硅納米球（HMSN），采用改進的浸漬法引入磷鎢酸作為活性中心，由此得到中空介孔二氧化硅負載磷鎢酸的納米催化劑。 此催化劑有利于反應物與產物的傳輸，二氧化硅的介孔結構，可以使磷鎢酸在孔道內高度分散，避免聚集。油酸和甲醇的酯化反應中采用此催化劑，最佳反應條件下油酸轉化率達到98.7％，同時呈現良好的再生性。
羅靜等利用空心介孔SiO2為催化載體制備出SiO2@Ag 催化劑，在催化硼氫化鉀還原4-硝基酚的反應中的催化效果明顯優(yōu)于其他催化劑。
吳興萍將 Fe3O4和CuFe2O4分別與SiO2空心球進行復合，合成出具有獨特結構的復合空心材料，提高了鐵氧體的催化活性和穩(wěn)定性，可用作非均相Fenton催化劑。
8、抗反射涂層材料
抗反射（anti-reflection，AR）涂層的原理是基于不同涂層界面之間反射波的相消干涉。對于理想的抗反射表面，涂層的折射率應該在1.22左右，但實際中不存在具有如此低折射率的材料。為了獲得較低的折射率，必須通過產生氣孔將空氣作為第二相引入涂層中。
Zhang J. 等成功制備出單層和三層含酸催化SiO2雜化的空心SiO2納米球的光學涂層。其中單層光學涂層在600 nm的單波長處具有接近完美的透過率和反射率，分別為99.16%和0.42%；三層光學涂層的平均透過率為97.94%。由于三層AR涂層具有致密的酸催化SiO2層，可以防止水對玻璃的侵蝕和由此產生的腐蝕。單層AR和三層AR在高加速應力試驗和濕磨擦洗試驗中，均展示出了良好的耐用性。
Tao C. Y. 等通過改變TEOS和三乙氧基甲基硅烷（methyltriethoxysilane，MTES）兩種不同硅源的比例，制備了具有低折射率和耐濕性的AR涂層，再經過中空SiO2納米球溶膠浸涂后，展現出優(yōu)異的透射率。疏水甲基與SiO2結構網絡緊密相連，可以有效地防止環(huán)境中水分子的吸附，且MTES在硅源中占比越高，AR涂層的耐濕性越好。
9、其他材料
Pálvölgyi等人對熱穩(wěn)定性聚合物（HSP）在其他領域的應用進行了研究。他們探索了將低介電常數和損耗特性的材料-二氧化硅，通過納米纖維進一步強化，從而制備密度極低的多孔二氧化硅基復合材料的方法。通過在該材料的復合薄膜上濺射微觀雙開環(huán)諧振器矩陣，可以得到在300GHz中心頻率下工作的平面濾波器，具有準確的中心頻率和70GHz的超大帶寬（80%傳輸率），研究結果顯示，該材料有望滿足未來因無線通信設備數量持續(xù)增加而帶來的快速數據流量需求，促進實現6G通信技術。
二氧化硅納米殼合成、納米纖維素增強復合膜制備和射頻(RF)濾波器制造的示意圖
小結
近年來對介孔中空材料的研究十分火熱，中空二氧化硅以其獨特的形貌結構和利用其大的比表面積達到的高活性、高效率成為前景可觀的研究對象。中空二氧化硅原料易得，環(huán)保無毒，應用廣泛，目前在研究的污水吸附方面的問題，特別是染料污水吸附以及重金屬離子吸附方面應用比較廣泛，在酶固化載體、靶向藥物傳遞等方面也發(fā)揮著重要作用。引得更多的研究人員投身中空二氧化硅的制造中，中空二氧化硅微球會在更多領域展現優(yōu)越性能和重大價值。
參考來源：
[1]趙志成等.二氧化硅納米空心微球的制備及其應用研究進展
[2]王超.中空二氧化硅微球的制備及其在吸附領域的應用研究
[3]馬傲雪.二氧化硅空心微球的制備及應用研究進展
[4]陳景華.中空二氧化硅納米球的制備與應用研究進展
[5]馮洋.中空二氧化硅微球的制備及應用研究進展
（中國粉體網編輯整理/九思）
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