二氧化硅應(yīng)用領(lǐng)域

玻璃

二氧化硅

平板玻璃、浮法玻璃、玻璃制品（玻璃罐、玻璃瓶、玻璃管等）、光學(xué)玻璃、玻璃纖維、玻璃儀器、導(dǎo)電玻璃、玻璃布及防射線特種玻璃等的主要原料

陶瓷及耐火材料

瓷器的胚料和釉料，窯爐用高硅磚、普通硅磚以及碳化硅等的原料

冶金

硅金屬、硅鐵合金和硅鋁合金等的原料或添加劑、熔劑

建筑

混凝土、膠凝材料、筑路材料、人造大理石、水泥物理性能檢驗(yàn)材料（即水泥標(biāo)準(zhǔn)砂）等

化工

硅化合物和水玻璃等的原料，硫酸塔的填充物，無定形二氧化硅微粉

機(jī)械

鑄造型砂的主要原料，研磨材料（噴砂、硬研磨紙、砂紙、砂布等）

電子

高純度單晶硅（非金屬）、通訊用光纖等

橡膠、塑料

填料（可提高耐磨性）

涂料

填料（可提高涂料的耐候性）

醫(yī)學(xué)

新加坡國(guó)立大學(xué)工程學(xué)院生物工程系的研究人員研制出一種新技術(shù)，能夠通過二氧化硅納米粒子將紅外光轉(zhuǎn)化為紫外光和可見光，為深層腫瘤的非侵入性療法鋪平了道路。據(jù)稱，該技術(shù)能夠抑制腫瘤生長(zhǎng)，控制其基因表達(dá)，是世界上首個(gè)使用納米粒子治療深層腫瘤的非侵入性光動(dòng)力療法。

二氧化硅用于制造平板玻璃，玻璃制品，鑄造砂，玻璃纖維，陶瓷彩釉，防銹用噴砂，過濾用砂，熔劑，耐火材料以及制造輕量氣泡混凝土。 二氧化硅的用途很廣。自然界里比較稀少的水晶可用以制造電子工業(yè)的重要 部件、光學(xué)儀器和工藝品。 二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的重要原料。 一般較純凈的石英，可用來制造石英玻璃。石英玻璃膨脹系數(shù)很小，相當(dāng)于 普通玻璃的1/18，能經(jīng)受溫度的劇變，耐酸性能好（除HF外），因此，石英玻璃 常用來制造耐高溫的化學(xué)儀器。 石英砂常用作玻璃原料和建筑材料。

二氧化硅是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光導(dǎo)纖維、電子工業(yè)的重要部件、光學(xué)儀器、工藝品和耐火材料的原料，是科學(xué)研究的重要材料。

當(dāng)二氧化硅結(jié)晶完美時(shí)就是水晶；二氧化硅膠化脫水后就是瑪瑙；二氧化硅含水的膠體凝固后就成為蛋白石；二氧化硅晶粒小于幾微米時(shí)，就組成玉髓、燧石、次生石英巖。物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)均十分穩(wěn)定的礦產(chǎn)資源，晶體屬三方晶系的氧化物礦物，即低溫石英（α-石英），是石英族礦物中分布最廣的一個(gè)礦物種。廣義的石英還包括高溫石英（β-石英）。石英塊又名硅石，主要是生產(chǎn)石英砂(又稱硅砂)的原料，也是石英耐火材料和燒制硅鐵的原料。

食品工業(yè)用作抗結(jié)劑、消泡劑、增稠劑、助濾劑、澄清劑。我國(guó)《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB2760-2011)規(guī)定：可用于蛋粉、糖粉、奶粉、可可粉、可可脂、植物性粉末、速溶咖啡、湯料粉等，最大使用量為15g/kg，粉末香精，最大使用量為80g/kg；固體飲料，最大使用量為0.2g/kg；糧食，1.2g/kg。

物理性質(zhì)

二氧化硅又稱硅石，化學(xué)式SiO?。自然界中存在有結(jié)晶二氧化硅和無定形二氧化硅兩種。

沙的主要成分即二氧化硅

結(jié)晶二氧化硅因晶體結(jié)構(gòu)不同，分為石英、鱗石英和方石英三種。純石英為無色晶體，大而透明棱柱狀的石英叫水晶。若含有微量雜質(zhì)的水晶帶有不同顏色，有紫水晶、茶晶等。普通的砂是細(xì)小的石英晶體，有黃砂（較多的鐵雜質(zhì)）和白砂（雜質(zhì)少、較純凈）。二氧化硅晶體中，硅原子的4個(gè)價(jià)電子與4個(gè)氧原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，硅原子位于正四面體的中心，4個(gè)氧原子位于正四面體的4個(gè)頂角上，SiO?是表示組成的最簡(jiǎn)式，僅是表示二氧化硅晶體中硅和氧的原子個(gè)數(shù)之比。二氧化硅是原子晶體。

自然界存在的硅藻土是無定形二氧化硅，是低等水生植物硅藻的遺體，為白色固體或粉末狀，多孔、質(zhì)輕、松軟的固體，吸附性強(qiáng)。

不溶于水。

化學(xué)性質(zhì)

化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。不跟水反應(yīng)。是酸性氧化物，不跟一般酸反應(yīng)。氣態(tài)氟化氫跟二氧化硅反應(yīng)生成氣態(tài)四氟化硅。跟熱的濃強(qiáng)堿溶液或熔化的堿反應(yīng)生成硅酸鹽和水。跟多種金屬氧化物在高溫下反應(yīng)生成硅酸鹽。用于制造石英玻璃、光學(xué)儀器、化學(xué)器皿、普通玻璃、耐火材料、光導(dǎo)纖維，陶瓷等。二氧化硅的性質(zhì)不活潑，它不與除氟、氟化氫以外的鹵素、鹵化氫以及硫酸、硝酸、高氯酸作用（熱濃磷酸除外）。

常見的濃磷酸（或者說焦磷酸）在高溫下即可腐蝕二氧化硅，生成雜多酸，高溫下熔融硼酸鹽或者硼酐亦可腐蝕二氧化硅，鑒于此性質(zhì)，硼酸鹽可以用于陶瓷燒制中的助熔劑，除此之外氟化氫也可以可使二氧化硅溶解的酸，生成易溶于水的氟硅酸： 6HF+SiO2=H?SiF6+2H?O

二氧化硅一般情況下不與水反應(yīng)，即與水接觸不生成硅酸，但人為規(guī)定二氧化硅為硅酸的酸酐。

在大多數(shù)微電子工藝感興趣的溫度范圍內(nèi)，二氧化硅的結(jié)晶率低到可以被忽略。

二氧化硅結(jié)構(gòu)

盡管熔融石英不是長(zhǎng)范圍有序，但它卻表現(xiàn)出短的有序結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)可認(rèn)為是4個(gè)氧原子位于四面體的頂點(diǎn)上。多面體中心是一個(gè)硅原子。

這樣，每4個(gè)氧原子近似共價(jià)鍵合到硅原子，滿足了硅的化合價(jià)外殼。如果每個(gè)氧原子是兩個(gè)多面體的一部分，則氧的化合價(jià)也被滿足，結(jié)果就成了稱為石英的規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)。

在熔融石英中，某些氧原子，成為氧橋位，與兩個(gè)硅原子鍵合。某些氧原子沒有氧橋，只和一個(gè)硅。

可以認(rèn)為熱生長(zhǎng)二氧化硅主要是由任意方向的多面體網(wǎng)絡(luò)組成的。與無氧橋位相比，有氧橋的部分越大，氧化層的粘合力就越大，而且受損傷的傾向也越小。干氧氧化層的有氧橋與無氧橋的比率遠(yuǎn)大于濕氧氧化層。

二氧化硅廣泛存在于自然界中，與其他礦物共同構(gòu)成了巖石。天然二氧化硅稱為硅石，約占地殼質(zhì)量的12%，其存在形式有結(jié)晶態(tài)和無定形態(tài)兩種。石英晶體是結(jié)晶的二氧化硅，具有不同的晶型和色彩。石英中無色透明的晶體是通常所說的水晶。具有彩色環(huán)帶狀或?qū)訝畹姆Q為瑪瑙（含有雜質(zhì)）。

二氧化硅礦物是指化學(xué)式相同(SiO?)，但結(jié)構(gòu)有差異的礦物，這些礦物統(tǒng)稱為類質(zhì)異像體，主要包括石英、方石英和鱗石英。這些礦物在地球上主要存于花崗巖、砂巖和黑硅巖中，而月球上幾乎缺乏，主要原因是：化學(xué)成分演化上，月球形成一個(gè)低硅、高鋁的月殼，高硅的花崗質(zhì)巖石極為稀少；月球在演化上缺乏像地球一樣有一個(gè)可以結(jié)晶出二氧化硅礦物的水系和熱水體系。盡管二氧化硅礦物在月球巖石上極為稀少，但對(duì)月球巖石的分類和成因的研究具有重要的作用。

月球上的石英礦物最早是在幾塊類花崗巖碎處中發(fā)現(xiàn)的，在霏細(xì)巖中同時(shí)也充填了不少方石英礦物，從其微細(xì)結(jié)構(gòu)和成分的分析表明，這些石英實(shí)際上是由方石英變化過來的。后來在粗晶狀的月球花崗巖碎塊中也發(fā)現(xiàn)有石英礦物，根據(jù)其同位素的分析結(jié)果，這些礦物是41億年左右，在較深的環(huán)境下結(jié)晶形成的，說明這些石英不是在巖漿巖形成期間結(jié)晶形成的。

月海武巖中的二氧化硅礦物絕大多數(shù)是方石英，體積百分?jǐn)?shù)最多可達(dá)5%，幾乎沒有石英礦物，只有在細(xì)晶狀月海玄武巖中才存在少量的石英礦物，這些方石英具有典型的雙晶結(jié)構(gòu)表明：在熔漿冷卻過程中，從高溫到低溫條件下形成的方石英都有。另外，在一些粗晶狀的月海玄武巖中也同時(shí)存在方石英和鱗石英，但從結(jié)構(gòu)特征看，方石英是由鱗石英轉(zhuǎn)變的，因?yàn)轺[石英一般是鑲嵌在于不規(guī)則的顆粒之間。

氣相二氧化硅是極其重要的高科技超微細(xì)無機(jī)新材料之一,由于其粒徑很小，因此比表面積大，表面吸附力強(qiáng)，表面能大，化學(xué)純度高、分散性能好、熱阻、電阻等方面具有特異的性能，以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性，在眾多學(xué)科及領(lǐng)域內(nèi)獨(dú)具特性，有著不可取代的作用。氣相二氧化硅俗稱“超微細(xì)白炭黑”，廣泛用于各行業(yè)作為添加劑、催化劑載體，石油化工，脫色劑，消光劑，橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑，塑料充填劑，油墨增稠劑，金屬軟性磨光劑，絕緣絕熱填充劑，高級(jí)日用化妝品填料及噴涂材料、醫(yī)藥、環(huán)保等各種領(lǐng)域。并為相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新材料基礎(chǔ)和技術(shù)保證。由于它在磁性、催化性、光吸收、熱阻和熔點(diǎn)等方面與常規(guī)材料相比顯示出特異功能，因而得到人們的極大重視。

一、電子封裝材料

有機(jī)物電致發(fā)光器材（OELD）是目前新開發(fā)研制的一種新型平面顯示器件，具有開啟和驅(qū)動(dòng)電壓低，且可直流電壓驅(qū)動(dòng)，可與規(guī)模集成電路相匹配，易實(shí)現(xiàn)全彩色化，發(fā)光亮度高（>105cd/m2）等優(yōu)點(diǎn)，但OELD器件使用壽命還不能滿足應(yīng)用要求，其中需要解決的技術(shù)難點(diǎn)之一就是器件的封裝材料和封裝技術(shù)。目前，國(guó)外（日、美、歐洲等）廣泛采用有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂，即通過兩者之間的共混、共聚或接枝反應(yīng)而達(dá)到既能降低環(huán)氧樹脂內(nèi)應(yīng)力又能形成分子內(nèi)增韌，提高耐高溫性能，同時(shí)也提高有機(jī)硅的防水、防油、抗氧性能，但其需要的固化時(shí)間較長(zhǎng)（幾個(gè)小時(shí)到幾天），要加快固化反應(yīng)，需要在較高溫度（60℃至100℃以上）或增大固化劑的使用量，這不但增加成本，而且還難于滿足大規(guī)模器件生產(chǎn)線對(duì)封裝材料的要求（時(shí)間短、室溫封裝）。將經(jīng)表面活性處理后的氣相二氧化硅充分分散在有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂封裝膠基質(zhì)中，可以大幅度地縮短封裝材料固化時(shí)間（為2.0-2.5h）,且固化溫度可降低到室溫,使OELD器件密封性能得到顯著提高,增加OELD器件的使用壽命。

二、樹脂復(fù)合材料

樹脂基復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等特點(diǎn)，但近年來材料界和國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)對(duì)樹脂基材料使用性能的要求越來越高，如何合成高性能的樹脂基復(fù)合材料，已成為當(dāng)前材料界和企業(yè)界的重要課題。氣相二氧化硅的問世，為樹脂基復(fù)合材料的合成提供了新的機(jī)遇，為傳統(tǒng)樹脂基材料的改性提供了一條新的途徑，只要能將氣相二氧化硅顆粒充分、均勻地分散到樹脂材料中，完全能達(dá)到全面改善樹脂基材料性能的目的。

1、提高強(qiáng)度和延伸率。環(huán)氧樹脂是基本的樹脂材料，把氣相二氧化硅添加到環(huán)氧樹脂中，在結(jié)構(gòu)上完全不同于粗晶二氧化硅（白炭黑等）添加的環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，粗晶SiO2一般作為補(bǔ)強(qiáng)劑加入，它主要分布在高分子材料的鏈間中，而氣相二氧化硅由于表面嚴(yán)重的配位不足、龐大的比表面積以及表面欠氧等特點(diǎn)，使它表現(xiàn)出極強(qiáng)的活性，很容易和環(huán)氧環(huán)狀分子的氧起鍵合作用，提高了分子間的鍵力，同時(shí)尚有一部分氣相二氧化硅顆粒仍然分布在高分子鏈的空隙中，與粗晶SiO?顆粒相比較，表現(xiàn)很高的流漣性，從而使氣相二氧化硅添加的環(huán)氧樹脂材料強(qiáng)度、韌性、延展性均大幅度提高。

2、提高耐磨性和改善材料表面的光潔度。氣相二氧化硅顆粒比SiO2要小100—1000倍，將其添加到環(huán)氧樹脂中，有利于拉成絲。由于氣相二氧化硅的高流動(dòng)性和小尺寸效應(yīng)，使材料表面更加致密細(xì)潔，摩擦系數(shù)變小，加之納米顆粒的高強(qiáng)度，使材料的耐磨性大大增強(qiáng)?！　?/p>

3、抗老化性能。環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料使用過程中一個(gè)致命的弱點(diǎn)是抗老化性能差，其原因主要是太陽(yáng)輻射的280—400nm波段的紫外線中、長(zhǎng)波作用，它對(duì)樹脂基復(fù)合材料的破壞作用是十分嚴(yán)重的，高分子鏈的降解致使樹脂基復(fù)合材料迅速老化。而氣相二氧化硅可以強(qiáng)烈地反射紫外線，加入到環(huán)氧樹脂中可大大減少紫外線對(duì)環(huán)氧樹脂的降解作用，從而達(dá)到延緩材料老化的目的?！?/p>

三、塑料

利用氣相二氧化硅透光、粒度小，可以使塑料變得更加致密，在聚苯乙烯塑料薄膜中添加二氧化硅后，不但提高其透明度、強(qiáng)度、韌性，而且防水性能和抗老化性能也明顯提高。通過在普通塑料聚氯乙烯中添加少量氣相二氧化硅后生產(chǎn)出的塑鋼門窗硬度、光潔度和抗老化性能均大幅提高。利用氣相二氧化硅對(duì)普通塑料聚丙烯進(jìn)行改性，主要技術(shù)指標(biāo)（吸水率、絕緣電阻、壓縮殘余變形、撓曲強(qiáng)度等）均達(dá)到或超過工程塑料尼龍6的性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了聚丙烯鐵道配件替代尼龍6使用，產(chǎn)品成本大幅下降，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。

四、涂料

我國(guó)是涂料生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，但當(dāng)前國(guó)產(chǎn)涂料普遍存在著性能方面的不足，諸如懸浮穩(wěn)定性差、觸變性差、耐候性差、耐洗刷性差等，致使每年需進(jìn)口大量高質(zhì)量的涂料。上海、北京、杭州、寧波等地的一些涂料生產(chǎn)企業(yè)敢于創(chuàng)新，成功地實(shí)現(xiàn)了氣相二氧化硅在涂料中的應(yīng)用，這種納米改性涂料一改以往產(chǎn)品的不足，經(jīng)檢測(cè)其主要性能指標(biāo)除對(duì)比率不變外，其余均大幅提高，如外墻涂料的耐洗刷性由原來的一千多次提高到一萬多次，人工加速氣候老化和人工輻射暴露老化時(shí)間由原來的250小時(shí)（粉化1級(jí)、變色2級(jí)）提高到600小時(shí)（無粉化，漆膜無變色，色差值4.8），此外涂膜與墻體結(jié)合強(qiáng)度大幅提高，涂膜硬度顯著增加，表面自潔能力也獲得改善。　　

五、橡膠

橡膠是一種伸縮性優(yōu)異的彈性體，但其綜合性能并不令人滿意，生產(chǎn)橡膠制品過程中通常需在膠料中加入炭黑來提高強(qiáng)度、耐磨性和抗老化性，但由于炭黑的加入使得制品均為黑色，且檔次不高。而氣相二氧化硅在我國(guó)的問世為生產(chǎn)出色彩新穎、性能優(yōu)異的新一代橡膠制品奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)?！　≡谄胀ㄏ鹉z中添加少量氣相二氧化硅后，產(chǎn)品的強(qiáng)度、耐磨性和抗老化性等性能均達(dá)到或超過高檔橡膠制品，而且可以保持顏色長(zhǎng)久不變。納米改性彩色三元乙丙防水卷材，其耐磨性、抗拉強(qiáng)度、抗折性、抗老化性能均提高明顯，且色彩鮮艷，保色效果優(yōu)異。彩色輪胎的研制工作也取得了一定的進(jìn)展，如輪胎側(cè)面膠的抗折性能由原來的10萬次提高到50萬次以上，有望在不久的將來，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)汽車、摩托車輪胎的彩色化。

六、顏（染）料

有機(jī)顏（染）料雖具有鮮艷的色彩和很強(qiáng)的著色力，但一般耐光、耐熱、耐溶劑和耐遷移性能往往不及無機(jī)顏料。通過添加氣相二氧化硅對(duì)有機(jī)顏（染）料進(jìn)行表面改性處理，不但使顏（染）料抗老化性能大幅提高，而且亮度、色調(diào)和飽和度等指標(biāo)也均出現(xiàn)一定程度的提高，性能可與進(jìn)口高檔產(chǎn)品相媲美，極大地拓寬了有機(jī)顏（染）料的檔次和應(yīng)用范圍。

七、陶瓷

用氣相二氧化硅代替氣相三氧化二鋁添加到95瓷里，既可以起到納米顆粒的作用，同時(shí)它又是第二相的顆粒，不但提高陶瓷材料的強(qiáng)度、韌性，而且提高了材料的硬度和彈性模量等性能，其效果比添加A1203更理想?！　±脷庀喽趸鑱韽?fù)合陶瓷基片，不但提高了基片的致密性、韌性和光潔度，而且燒結(jié)溫度大幅降低。此外，氣相二氧化硅在陶瓷過濾網(wǎng)、剛玉球等陶瓷產(chǎn)品中應(yīng)用效果也十分顯著。

八、密封膠、粘結(jié)劑

密封膠、粘結(jié)劑是量大、面廣、使用范圍寬的重要產(chǎn)品。它要求產(chǎn)品粘度、流動(dòng)性、固化速度達(dá)最佳條件。我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品比較落后，高檔的密封膠和粘結(jié)劑都依賴進(jìn)口。國(guó)外在這個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品已經(jīng)采用納米材料作改性劑，而氣相二氧化硅是首選材料，它主要是在氣相二氧化硅表面包敷一層有機(jī)材料，使之具有憎水性，將它添加到密封膠中很快形成一種硅石結(jié)構(gòu)，即氣相二氧化硅小顆粒形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)抑制膠體流動(dòng)，加快固化速度，提高粘結(jié)效果，由于氣相二氧化硅顆粒尺小從而也增加了產(chǎn)品的密封性和防滲性。

九、玻璃鋼制品

玻璃鋼制品雖然有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，但其本身硬度較低、耐磨性較差。有關(guān)專家通過超聲分散方法將氣相二氧化硅添加到膠衣樹脂中，與未加氣相二氧化硅的膠衣做性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其莫氏硬度由原來的2.2級(jí)（相當(dāng)于石膏的硬度）提高到2.8~2.9級(jí)（3級(jí)是天然大理石硬度），耐磨性提高1~2倍，因納米顆粒與有機(jī)高分子產(chǎn)生接枝和鍵合作用，使材料韌性增加，故抗拉強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度提高1倍以上，耐熱性能也大幅提高。

十、藥物載體

隨著當(dāng)前城市生活垃圾的大幅增長(zhǎng)以及環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，加大消滅“四害”的力度、預(yù)防疾病的傳播已十分迫切。在樹干上涂刷石灰、向垃圾箱噴灑藥水已作用不大，現(xiàn)在大城市已采用噴涂中樞神經(jīng)麻醉藥類殺蟲劑來消滅蚊子、蒼蠅、蟑螂等昆蟲類害蟲，但這些殺蟲劑多從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格較高，噴涂后有效期較短（只有一個(gè)月）。采用氣相二氧化硅為載體吸附該類殺蟲劑，起到了很好的緩釋效果，據(jù)測(cè)定，其噴涂后有效期長(zhǎng)達(dá)一年以上。

十一、化妝品

對(duì)于化妝品來說，要求對(duì)紫外線屏蔽能力強(qiáng)，最好是既能防護(hù)紫外中波（UVB）對(duì)人體的危害，亦能對(duì)紫外長(zhǎng)波（UVA）起防護(hù)作用。實(shí)質(zhì)上，紫外屏蔽包括兩方面，一是前面所述對(duì)紫外線的吸收，另一方面是對(duì)紫外線的反射，目前，世界上從紫外反射性能角度開發(fā)的抗紫外劑還未見報(bào)道。　　在防曬產(chǎn)品中以往多使用有機(jī)化合物為紫外線吸收劑，但是存在諸如為了盡可能保護(hù)皮膚不接觸紫外線而提高添加量之后，會(huì)增加發(fā)生皮膚癌以及產(chǎn)生化學(xué)性過敏等問題，而氣相二氧化硅為無機(jī)成分，易于與化妝品其它組分配伍，無毒、無味，不存在上述問題，且自身為白色，可以簡(jiǎn)單地加以著色，尤其可貴的是氣相二氧化硅反射紫外能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好，被紫外線照射后不分解，不變色，也不會(huì)與配方中其它組分起化學(xué)反應(yīng)。氣相二氧化硅的這些突出特點(diǎn)為防曬化妝品的升級(jí)換代奠定了良好的基礎(chǔ)。

十二、抗菌材料

利用氣相二氧化硅龐大的比表面積、表面多介孔結(jié)構(gòu)和超強(qiáng)的吸附能力以及奇異的理化特性，將銀離子等功能離子均勻地設(shè)計(jì)到氣相二氧化硅表面的介孔中，并實(shí)施穩(wěn)定，成功開發(fā)出高效、持久、耐高溫、廣譜抗菌的納米抗菌粉（粒徑只有70納米左右），不但填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，而且主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或超過日本同類產(chǎn)品。經(jīng)檢測(cè)，當(dāng)納米抗菌粉在水中的濃度僅為0.315%時(shí)，對(duì)革蘭氏陽(yáng)性代表菌種與革蘭氏陰性代表菌種的抗菌能力就可以非常明顯的表露出來，抑菌圈出現(xiàn)2—3mm，且隨著納米抗菌粉在水中濃度的增加，抑菌圈明顯增大。據(jù)測(cè)定，水中含Ag+為0.01mg/1時(shí)，就能完全殺滅水中的大腸桿菌，并能保持長(zhǎng)達(dá)90天內(nèi)不繁衍出新的菌叢?！　⒓{米抗菌粉應(yīng)用于搪瓷釉料中，生產(chǎn)出具有防霉、抗菌功能的滾筒洗衣機(jī)，其抗菌率高達(dá)99%以上。應(yīng)該指出的是，納米抗菌粉在搪瓷釉料中使用條件較為苛刻，須在堿性較強(qiáng)的液體中和高溫（900℃左右）燒瓷后仍保持很強(qiáng)的抗菌性能，這是其它抗菌粉望塵莫及的。將納米抗菌粉添加在內(nèi)墻涂料中，生產(chǎn)出了具有長(zhǎng)久抗菌防霉功能的內(nèi)墻涂料。將納米抗菌粉用在婦女內(nèi)褲洗滌劑、羊毛、羊絨洗滌劑、洗潔精、洗手液中，經(jīng)衛(wèi)生防疫部門檢測(cè)，其抗菌性能十分顯著?？梢灶A(yù)見，隨著人們健康意識(shí)的增強(qiáng)，納米抗菌粉將逐漸被相關(guān)應(yīng)用企業(yè)的廣大民眾所接受，在票據(jù)、醫(yī)療衛(wèi)生、化學(xué)建材、家電制品、功能纖維、塑料制品等行業(yè)中嶄露頭角。

十三、其它

1、在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用　　納米微粒應(yīng)用于紅外反射材料主要是制成薄膜和多層膜來使用。納米微粒的膜材料在燈泡工業(yè)上有很好的應(yīng)用前景。高壓鈉燈以及各種用于拍照、攝影的碘弧燈都要求強(qiáng)照明，但是燈絲被加熱后69%的能量轉(zhuǎn)化為紅外線，這就表明有相當(dāng)多的電能轉(zhuǎn)化為熱能被消耗掉，僅有一少部分轉(zhuǎn)化為光能來照明，同時(shí)，燈管發(fā)熱也會(huì)影響燈具的壽命，如何提高發(fā)光效率，增加照明度一直是急待解決的關(guān)鍵問題。納米微粒的誕生為解決這個(gè)問題提供了一個(gè)新的途徑。80年代以來，科研技術(shù)人員用氣相二氧化硅和納米二氧化鈦微粒制成了多層干涉膜，總厚度為微米級(jí)，襯在燈泡罩的內(nèi)壁，結(jié)果不但透光率好，而且有很強(qiáng)的紅外線反射能力。據(jù)專家測(cè)算同種燈光亮度下，該種燈具與傳統(tǒng)的鹵素?zé)粝啾?，可?jié)約15%的電能?！　?/p>

2、新型有機(jī)玻璃添加劑　　飛機(jī)的窗口材料常用的是有機(jī)玻璃（PMMA），當(dāng)飛機(jī)在高空飛行時(shí)窗口材料經(jīng)紫外線輻射易老化，造成透明度下降。為解決此問題，利用氣相二氧化硅極強(qiáng)的紫外反射性能，在有機(jī)玻璃生產(chǎn)過程中加入表面修飾后的氣相二氧化硅，生產(chǎn)出的產(chǎn)品抗紫外線輻射能力提高一倍以上，抗沖擊強(qiáng)度提高80%。

二氧化硅在日常生活、生產(chǎn)和科研等方面有著重要的用途，但有時(shí)也會(huì)對(duì)人體造成危害。 二氧化硅的粉塵極細(xì)，比表面積達(dá)到100㎡/g以上可以懸浮在空氣中，如果人長(zhǎng)期吸入含有二氧化硅的粉塵，就會(huì)患硅肺?。ㄒ蚬枧f稱為矽，硅肺舊稱為矽肺）。

硅肺是一種職業(yè)病，它的發(fā)生及嚴(yán)重程度，取決于空氣中粉塵的含量和粉塵中二氧化硅的含量，以及與人的接觸時(shí)間等。長(zhǎng)期在二氧化硅粉塵含量較高的地方，如采礦、翻砂、噴砂、制陶瓷、制耐火材料等場(chǎng)所工作的人易患此病。

WGK Germany 2

RTECS號(hào)VV7310000

TSCA Yes

玻璃及玻璃刻字

平板玻璃、浮法玻璃、玻璃制品（玻璃罐、玻璃瓶等）、光學(xué)玻璃、玻璃纖維、玻璃儀器、導(dǎo)電玻璃、玻璃布及防射線特種玻璃等的主要原料。

特殊用途：玻璃刻字：先在玻璃瓶上涂一層石蠟,再用銳器刻上字,再用氫氟酸在刻字的蠟上涂抹一遍，.稍等片刻字跡即可顯現(xiàn)出來。原理：氫氟酸腐蝕二氧化硅。

陶瓷及耐火材料

瓷器的胚料和釉料，窯爐用高硅磚、普通硅磚以及碳化硅等的原料。

冶金

硅金屬、硅鐵合金和硅鋁合金等的原料或添加劑、熔劑。

建筑

混凝土、膠凝材料、筑路材料、人造大理石、水泥物理性能檢驗(yàn)材料（即水泥標(biāo)準(zhǔn)砂）等。

化工

硅化合物和水玻璃等的原料，硫酸塔的填充物，無定形二氧化硅可作為吸附劑來使用。

機(jī)械

鑄造型砂的主要原料，研磨材料（噴砂、硬研磨紙、砂紙、砂布等）。.

電子

高純度金屬硅、通訊用光纖等。

在微電子工藝中, SiO 2 薄膜因其優(yōu)越的電絕緣性和工藝的可行性而被廣泛采用。在半導(dǎo)體器件中, 利用SiO 2 禁帶寬度可變的特性, 可作為非晶硅太陽(yáng)電池的薄膜光吸收層, 以提高光吸收效率; 還可作為金屬2氮化物2氧化物2半導(dǎo)體(MN SO ) 存儲(chǔ)器件中的電荷存儲(chǔ)層, 集成電路中CMOS 器件和SiGeMOS 器件以及薄膜晶體管(TFT ) 中的柵介質(zhì)層等。此外, 隨著大規(guī)模集成電路器件集成度的提高, 多層布線技術(shù)變得愈加重要, 如邏輯器件的中間介質(zhì)層將增加到4～ 5 層, 這就要求減小介質(zhì)層帶來的寄生電容。鑒于此, 現(xiàn)在很多研究者都對(duì)低介電常數(shù)介質(zhì)膜的種類、制備方法和性能進(jìn)行了深入研究。對(duì)新型低介電常數(shù)介質(zhì)材料的要求是: 在電性能方面具有低損耗和低耗電; 在機(jī)械性能方面具有高附著力和高硬度; 在化學(xué)性能方面要求耐腐蝕和低吸水性; 在熱性能方面有高穩(wěn)定性和低收縮性。目前普遍采用的制備介質(zhì)層的SiO 2, 其介電常數(shù)約為4. 0, 并具有良好的機(jī)械性能。如用于硅大功率雙極晶體管管芯平面和臺(tái)面鈍化, 提高或保持了管芯的擊穿電壓, 并提高了晶體管的穩(wěn)定性。這種技術(shù), 完全達(dá)到了保護(hù)鈍化器件的目的, 使得器件的性能穩(wěn)定、可靠, 減少了外界對(duì)芯片沾污、干擾, 提高了器件的可靠性能。

20 世紀(jì)80 年代末期, Si 基SiO?光波導(dǎo)無源和有源器件的研究取得了長(zhǎng)足的發(fā)展, 使這類器件不僅具有優(yōu)良的傳導(dǎo)特性, 還將具備光放大、發(fā)光和電光調(diào)制等基本功能, 在光學(xué)集成和光電集成器件方面很有應(yīng)用前景, 可作為波導(dǎo)膜、減反膜和增透膜。隨著光通信及集成光學(xué)研究的飛速發(fā)展, 玻璃薄膜光波導(dǎo)被廣泛應(yīng)用于光無源器件及集成光路中。制備性能良好的用作光波導(dǎo)的薄膜顯得至關(guān)重要。集成光路中光波導(dǎo)的一般要求: 單模傳輸、低傳輸損耗、同光纖耦合效率高等。波導(dǎo)損耗來源主要分為材料吸收、基片損耗、散射損耗三部分。通過選用表面粗糙度高、平整的光學(xué)用玻璃片或預(yù)先濺射足夠厚的SiO?薄膜的普通玻璃基片, 使波導(dǎo)模瞬間場(chǎng)分布遠(yuǎn)離粗糙表面,以減少基底損耗。激光器用減反膜的研究也取得了很大的進(jìn)展。中國(guó)工程物理研究院與化學(xué)所用溶膠凝膠法成功地研制出紫外激光SiO2 減反膜。結(jié)果表明, 浸入涂膜法制備的多孔SiO2 薄膜比早期的真空蒸發(fā)和旋轉(zhuǎn)涂膜法制備的SiO?薄膜有更好的減反射效果。在波長(zhǎng)350nm 處的透過率達(dá)到98%以上, 紫外區(qū)的最高透過率達(dá)到99%以上。該SiO?薄膜有望用于慣性約束聚變( ICF) 和X 光激光研究的透光元件的減反射膜。目前在溶膠凝膠工藝制備保護(hù)膜、增透膜方面也取得了一些進(jìn)展。此法制備的SiO?光學(xué)薄膜在慣性約束聚變的激光裝置中已成為一種重要的手段,廣泛地應(yīng)用于增透光學(xué)元件上, 如空間濾波器、窗口、靶室窗口或打靶透鏡。在諧波轉(zhuǎn)換元件KDP晶體上用溶膠工藝鍍制保護(hù)、增透膜,能改善KDP 晶體的工作條件,提高諧波光束的質(zhì)量與可聚焦功率。

橡膠、塑料

在橡膠中添加二氧化硅，可提高橡膠的耐磨度。

可降低輪胎滾動(dòng)阻力的同時(shí)可改善輪胎的耐磨性和抗?jié)窕浴?/p>

使用二氧化硅的膠料拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐磨性等均有提高。

涂料

填料（可提高涂料的耐候性）、可用來生產(chǎn)消光劑，亦可以作為涂料增稠劑。

食品、藥品

在食品工業(yè)中主要用于防止粉狀食品聚集結(jié)塊，以保持自由流動(dòng)的一類食品添加劑或用于吸附液態(tài)的香料、油脂、維生素等，使之成為粉末狀，如粉末油脂、固體香料和固體酒之類制品。（例：奶粉）

在藥品生產(chǎn)中可作為助流劑、催化劑載體等。

1.離子交換法∶將稀釋的水玻璃過濾除雜質(zhì)后經(jīng)陽(yáng)離子交換，陰離子交換，調(diào)節(jié)pH值，經(jīng)蒸發(fā)或超濾濃縮，制得硅溶膠。

2. 硅粉法∶蒸餾水及氫氧化鈉（試劑級(jí)）加到反應(yīng)槽中，升溫至65℃，加入一定量的氨水調(diào)整堿度，在攪拌下分批加入硅粉，控制溫度在8.3℃以下，硅粉加完后繼續(xù)攪拌2～3h，待pH值降至9～10時(shí)，取樣分析，反應(yīng)完成后在攪拌下冷卻至50℃，經(jīng)自然過濾，制得硅溶膠產(chǎn)品。未反應(yīng)的硅粉可回收再用。

3.硫酸法∶將稀釋的水玻璃與稀硫酸混合于20～30℃進(jìn)行反應(yīng)制得硅凝膠，老化4h，用2%～2.5%的稀硫酸浸泡1h，用40～50℃的水洗滌，在轉(zhuǎn)筒烘干器中脫水至含水量≤80%，經(jīng)烘干至水分含量≤10%，置于500～550℃活化爐中活化，經(jīng)篩選制得粗孔微球硅膠。

4.煉制生鐵時(shí)，廢渣中含有二氧化硅。

通常對(duì)水是不危害的，若無政府許可，勿將材料排入周圍環(huán)境。

二氧化硅是制造玻璃、石英玻璃、水玻璃、光導(dǎo)纖維、電子工業(yè)的重要部件、光學(xué)儀器、工藝品和耐火材料的原料，是科學(xué)研究的重要材料。

二氧化硅的用途 ：平板玻璃，玻璃制品，鑄造砂，玻璃纖維，陶瓷彩釉，防銹用噴砂，過濾用砂，熔劑，耐火材料以及制造輕量氣泡混凝土(Autoclaved Lightweight Concrete)。 二氧化硅的用途很廣。自然界里比較稀少的水晶可用以制造電子工業(yè)的重要 部件、光學(xué)儀器和工藝品。 二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的重要原料。 一般較純凈的石英，可用來制造石英玻璃。石英玻璃膨脹系數(shù)很小，相當(dāng)于 普通玻璃的1/18，能經(jīng)受溫度的劇變，耐酸性能好（除HF外），因此，石英玻璃 常用來制造耐高溫的化學(xué)儀器。 石英砂常用作玻璃原料和建筑材料。

物理性質(zhì)

二氧化硅又稱硅石，化學(xué)式SiO?。自然界中存在有結(jié)晶二氧化硅和無定形二氧化硅兩種。 結(jié)晶二氧化硅因晶體結(jié)構(gòu)不同，分為石英、鱗石英和方石英三種。純石英為無色晶體，大而透明棱柱狀的石英叫水晶。若含有微量雜質(zhì)的水晶帶有不同顏色，有紫水晶、茶晶、墨晶等。普通的砂是細(xì)小的石英晶體，有黃砂(較多的鐵雜質(zhì))和白砂(雜質(zhì)少、較純凈)。二氧化硅晶體中，硅原子的4個(gè)價(jià)電子與4個(gè)氧原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，硅原子位于正四面體的中心，4個(gè)氧原子位于正四面體的4個(gè)頂角上，許多個(gè)這樣的四面體又通過頂角的氧原子相連，每個(gè)氧原子為兩個(gè)四面體共有，即每個(gè)氧原子與兩個(gè)硅原子相結(jié)合。SiO?是表示組成的最簡(jiǎn)式，僅是表示二氧化硅晶體中硅和氧的原子個(gè)數(shù)之比。二氧化硅是原子晶體。

SiO?中Si—O鍵的鍵能很高，熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較高（熔點(diǎn)1723℃，沸點(diǎn)2230℃）。折射率大約為1.6.

各種二氧化硅產(chǎn)品的折射率為：石英砂為1.547；粉石英為1.544；脈石英為1.542；硅藻土為1.42~1.48；氣相白炭黑為1.46；沉淀白炭黑為1.46。

自然界存在的硅藻土是無定形二氧化硅，是低等水生植物硅藻的遺體，為白色固體或粉末狀，多孔、質(zhì)輕、松軟的固體，吸附性強(qiáng)。

化學(xué)性質(zhì)

化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。不溶于水也不跟水反應(yīng)。是酸性氧化物，不跟一般酸反應(yīng)。氣態(tài)氟化氫跟二氧化硅反應(yīng)生成氣態(tài)四氟化硅。跟熱的濃強(qiáng)堿溶液或熔化的堿反應(yīng)生成硅酸鹽和水。跟多種金屬氧化物在高溫下反應(yīng)生成硅酸鹽。用于制造石英玻璃、光學(xué)儀器、化學(xué)器皿、普通玻璃、耐火材料、光導(dǎo)纖維，陶瓷等。二氧化硅的性質(zhì)不活潑，它不與除氟、氟化氫以外的鹵素、鹵化氫以及硫酸、硝酸、高氯酸作用（熱濃磷酸除外）。常見的濃磷酸（或者說焦磷酸）在高溫下即可腐蝕二氧化硅，生成雜多酸，高溫下熔融硼酸鹽或者硼酐亦可腐蝕二氧化硅，鑒于此性質(zhì)，硼酸鹽可以用于陶瓷燒制中的助熔劑，除此之外氟化氫也可以可使二氧化硅溶解的酸，生成易溶于水的氟硅酸： SiO? + 4HF = SiF4↑ + 2H?O

酸氧通性

二氧化硅與堿性氧化物

SiO? + CaO =（高溫） CaSiO?二氧化硅能溶于濃熱的強(qiáng)堿溶液：

SiO? + 2NaOH = Na?SiO?+ H?O

（盛堿的試劑瓶不能用玻璃塞而用橡膠塞的原因）

在高溫下，二氧化硅能被碳、鎂、鋁還原：

SiO?+2C=（高溫）Si+2CO↑

SiO?+2Mg=（高溫）Si+2MgO

3SiO?+4Al=（高溫）3Si+2Al?O?↑

若c過量，則發(fā)生反應(yīng)：

Si+C=高溫=SiC（金剛砂）

硅酸酸酐

二氧化硅（SiO?）。　

二氧化硅不與水反應(yīng)，即與水接觸不生成硅酸，但人為規(guī)定二氧化硅為硅酸的酸酐。

二氧化硅（化學(xué)式：SiO?）是一種酸性氧化物，對(duì)應(yīng)水化物為硅酸（H?SiO?）。二氧化硅是硅最重要的化合物。地球上存在的天然二氧化硅約占地殼質(zhì)量的12%，其存在形態(tài)有結(jié)晶形和無定形兩大類，統(tǒng)稱硅石。

二氧化硅在日常生活、生產(chǎn)和科研等方面有著重要的用途，但有時(shí)也會(huì)對(duì)人體造成危害。二氧化硅的粉塵極細(xì)，比表面積達(dá)到100m2/g以上可以懸浮在空氣中，如果人長(zhǎng)期吸入含有二氧化硅的粉塵，就會(huì)患硅肺?。ㄒ蚬枧f稱為矽，硅肺舊稱為矽肺）。

硅肺是一種職業(yè)病，它的發(fā)生及嚴(yán)重程度，取決于空氣中粉塵的含量和粉塵中二氧化硅的含量，以及與人的接觸時(shí)間等。長(zhǎng)期在二氧化硅粉塵含量較高的地方，如采礦、翻砂、噴砂、制陶瓷、制耐火材料等場(chǎng)所工作的人易患此病。

因此，在這些粉塵較多的工作場(chǎng)所，應(yīng)采取嚴(yán)格的勞動(dòng)保護(hù)措施，采用多種技術(shù)和設(shè)備控制工作場(chǎng)所的粉塵含量，以保證工作人員的身體健康。

氣相二氧化硅(國(guó)內(nèi)俗稱氣相法白炭黑，以下簡(jiǎn)稱氣相SiO2)是利用鹵硅烷經(jīng)氫氧焰高溫水解制得的一種精細(xì)、特殊的無定形二氧化硅產(chǎn)品，該產(chǎn)品的原生粒徑在7-40nm之間，比表面積一般在100m2/g~400m2/g范圍內(nèi)，產(chǎn)品純度高，SiO2含量不小于99.8%，是一種極其重要的無機(jī)納米粉體材料。由于其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性而在橡膠、塑料、電子、涂料、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和CMP等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。氣相SiO2一般有親水型和疏水型兩種產(chǎn)品，其中疏水型產(chǎn)品是利用親水型產(chǎn)品通過表面化學(xué)處理而獲得。

自1941年德國(guó)Degussa公司成功開發(fā)出氣相SiO2的生產(chǎn)技術(shù)以來，2007年全世界的氣相SiO2年總產(chǎn)量已超過15萬噸，而且生產(chǎn)技術(shù)高度集中，主要由德國(guó)Degussa，Wacker，美國(guó)Cabot及日本Tokuyama等少數(shù)幾家公司控制全球市場(chǎng)，技術(shù)也控制的非常嚴(yán)密。

世界上氣相SiO2發(fā)展的一個(gè)基本模式是生產(chǎn)企業(yè)與有機(jī)硅單體和后加工企業(yè)關(guān)系密切，氣相SiO2生產(chǎn)廠家利用有機(jī)硅單體廠生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物為主要原料制備氣相SiO2，而在氣相SiO2生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的副產(chǎn)物HCl則返回有機(jī)硅單體廠用于有機(jī)硅的合成，此外氣相SiO2產(chǎn)品出來之后又大量用于有機(jī)硅產(chǎn)品的后加工，這樣形成一個(gè)資源利用、相互促進(jìn)發(fā)展的良性循環(huán)。所以在全球最大的有機(jī)硅企業(yè)Dowcorning和GE公司單體工廠附近有最大的氣相SiO2生產(chǎn)企業(yè)Cabot和Degussa公司，而Wacker公司則本身是兩大類產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)。

國(guó)內(nèi)氣相二氧化硅早期主要用于軍工領(lǐng)域，2007年大量用于民用工業(yè)，如有機(jī)硅材料、電器、電子、膠粘劑、原子灰、涂料、油墨、造紙、潤(rùn)滑油等領(lǐng)域，為傳統(tǒng)產(chǎn)品的升級(jí)換代提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2007年氣相SiO2的總用量已經(jīng)超過3500噸/年，并以極快的速度增長(zhǎng)，估計(jì)到2005年用量將達(dá)到5000噸/年。2007年我國(guó)僅有和廣州吉必盛科技實(shí)業(yè)有限公司、沈陽(yáng)化工股份有限公司和上海氯堿化工股份有限公司三家公司生產(chǎn)氣相SiO2產(chǎn)品。

廣州吉必盛科技實(shí)業(yè)有限公司在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)利用有機(jī)硅副產(chǎn)物甲基三氯硅烷生產(chǎn)氣相SiO2，2007年的生產(chǎn)能力為500噸/年，公司的二期工程正在進(jìn)行中，預(yù)計(jì)2004年將達(dá)到2500噸/年，公司計(jì)劃在5年內(nèi)生產(chǎn)能力達(dá)到5000噸/年。目前國(guó)內(nèi)氣相SiO2還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需求，部分要依賴于進(jìn)口，尤其是疏水型產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品與國(guó)外差距比較大，產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，牌號(hào)少，產(chǎn)品幾乎全部依賴于進(jìn)口。因此在1997年12月29日國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)執(zhí)行的《當(dāng)前國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》中列入了"5000噸/年氣相法白炭黑項(xiàng)目"。在2001年發(fā)布的新目錄中也列入了氣相SiO2產(chǎn)品 。