Chemistry, Physics and Technology of Surface, 2011, 2 (4), 373-384.

Nanostructure of Silica Particles Obtained by Multistage Stöber-Fink-Bohn Method



E. V. Masalov, N. S. Sukhinina, G. A. Emelchenko

Abstract


Formation of silica nano- and microparticles during growth by modified Stöber-Fink-Bohn method has been studied. The density of opal matrices has been found experimentally to decrease (whereas their porosity increases) with their growth in diameter within 70 to 2200 nm. We propose a model of particle structure designed as a dense primary core and concentric secondary shells terminated by layers of dense primary particles. A model has been proposed for the micelle structure of colloidal silica in an alcohol-water-ammonia medium.

Full Text:

PDF (Русский)

References


Чуйко А.А., Горлов Ю.И., Лобанов В.В. Строение и химия поверхности кремнезема. – Киев: Наукова думка, 2007. – 347 с.

Fenollosa R., Ibisate M., Rubio S. et al. Photonic crystal microprisms obtained by carving artificial opals // J. Appl. Phys. – 2003. – V. 93, N 1. – P. 671–674.

Yang L., Carmon T., Min B. et al. Erbium-doped and Raman microlasers on a silicon chip fabricated by the sol-gel process // Appl. Phys. Lett. – 2005. – V. 86, N 9. – P. (091114) 1–3.

Arnaud C., Boustimi M., Brenci M. et al. Microsphere laser in Er3+-doped oxide glasses // Proc. SPIE – 2004. – V. 5622. – P. 315–320.

Hoi P.V., Thu Ha C.T., Hung H.Q. Long-band emission of microsphere lasers based on erbium-doped sol-gel silica-alumina glasses // Appl. Phys. Lett. – 2005. – V. 87, N 16. – P. (161110)1–3.

Chan Y., Zimmer J.P., Stroh M. et al. Incorporation of luminescent nanocrystals into monodisperse core-shell silica microspheres // Adv. Mater. – 2004. – V. 16, N 23–24. – P. 2092–2097.

Teng Z.G., Li J., Yan F. et al. Highly magnetizable superparamagnetic iron oxide nanoparticles embedded mesoporous silica spheres and their application for efficient recovery of DNA from agarose gel // J. Mater. Chem. – 2009. – V. 19, N 13. – P. 1811–1815.

Власова Н.Н., Головкова Л.П. Адсорбция аминокислот на поверхности высокодисперсного кремнезема // Коллоид. журн. − 2004. − Т. 66, № 6. − C. 733–738.

Чуйко А.А., Погорелый В.К., Пентюк А.А. Медицинская химия и клиническое применение диоксида кремния. – Киев: Наукова думка, 2003. – 415 с.

Stöber W., Fink A., Bohn E. Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range // J. Colloid Interface Sci. – 1968. – V. 26, N 1. – P. 62–69.

Darragh P.J., Gaskin A.J., Terrell B.C. et al. Origin of precious opal // Nature – 1966. –V. 209, N 5018. – Р. 13–16.

Восель С.В., Калинин Д.В., Рудина Н.А., Пуртов П.А. Анализ процессов агрегации в суспензиях коллоидных частиц кремнезема // Геол. геофиз. − 1999. −Т. 40, № 6. − С. 926–929.

Богомолов В.Н., Парфеньева Л.С., Прокофьев А.В. и др. Влияние периодической кластерной сверхструктуры на теплопроводность аморфного кремнезема (опалов) // Физика твердого тела. − 1995. − Т. 37, № 11. – С. 3411–3418.

Jones J.B., Segnit E.R. Water in sphere-type opal // Mine­ral. Magazine. − 1969. − V. 37, N 287. − P. 357–361.

Балакирев В.Г., Богомолов В.Н., Кумзеров Ю.А. и др. Трехмерные сверхрешетки в матрицах опалов // Кристаллография. – 1993. – Т. 38, № 3. – С. 111–120.

Giesche H. Synthesis of monodispersed silica powders. I. Particles properties and reaction kinetics // J. Eur. Ceram. Soc. – 1994. – V. 14, N 3. – P. 189–204.

Айлер Р. Химия кремнезема. – Москва: Мир, 1982. – Т. 1. – 416 с.

Сердобинцева В.В., Калинин Д.В., Восель С.В. Формы коллоидного кремнезема, участвующие в образовании благородного опала, и механизм окремнения его гелевых кристаллов // Геол. геофиз. − 1998. − Т. 39, № 8. − С. 1116–1120.

Bogush G.H., Tracy M.A., Zukovski C.F. Preparation of monodisperse silica particles: control of size and mass fraction // J. Non-Cryst. Solids – 1988. – V. 104, N 1. – P. 95–106.

Van Helden А.K., Jansen J.W., Vrij A. Preparation and characterization of spherical monodisperse silica dispersions in nonaqueouse solvents // J. Colloid Interface Sci. – 1981. – V. 81, N 2. – P. 354–368.

Ратников В.В. Определение пористости синтетических опалов и пористого кремния рентгеновским методом // Физика твердого тела. – 1997. – Т. 39, № 5. – С. 956–958.

Самаров Э.Н., Мокрушин А.Д., Масалов В.М., Емельченко Г.А. Структурная модификация синтетических опалов в процессе их термообработки // Физика твердого тела. – 2006. – Т. 48, № 7. – С. 1212–1215.

Pontoni D., Narayanan T., Rennie A.R. Time-resolved SAXS study of nucleation and growth of silica colloids // Langmuir. – 2002. –V. 18, N 1. – P. 56–59.

Zhuravlev L.T. Surface characterization of amorphous silica: a review of work from the former USSR // Colloids surf. A. – 1993. – V. 74, N 1. – P. 71–90.

Бардышев И.И., Мокрушин А.Д., Прибылов А.А. и др. Пористая структура синтетических опалов // Коллоид. журн. − 2006. − Т. 68, № 1. − C. 25–30.

Masalov V.M., Sukhinina N.S., Kudrenko E.A., Emelchenko G.A. Mechanism of formation and nanostructure of Stöber silica particles // Nanotechnology. – 2011. – V. 22, N 27. – P. (275718)1–9.

Карпов И.А., Самаров Э.Н., Масалов В.М. и др. О внутренней структуре сферических частиц опала // Физика твердого тела. – 2005. – Т. 47, № 2. – C. 334–338.

LaMer V.K., Dinegar R.H. Theory, production and mechanism of formation of monodispersed hydrosols // J. Am. Chem. Soc. – 1950. – V. 72, N 11. – P. 4847–4854.

Bogush G.H., Zukoski C.F. Uniform silica particle precipitation: an aggregative growth model // J. Colloid Interface Sci. – 1991. – V. 142, N 1. – P. 19–34.

Philipse A.P. Quantitative aspects of the growth of (charged) silica spheres // Colloid Polym. Sci. – 1988. – V. 266, N 12. – P. 1174–1180.

Makrides A.C., Turner M., Slaughter J. Condensation of silica from supersaturated silicic acid solutions // J. Colloid Interface Sci. – 1980. – V. 73, N 2. – P. 345–367.

Keefer K.D., Schaefer D.W. Growth of fractally rough colloids // Phys. Rev. Lett. – 1986. – V. 56, N 22. – P. 2376–2379.

Van Blaaderen А., Vrij A. Synthesis and characterization of monodisperse colloidal organosilica spheres // J. Colloid Interface Sci. – 1993. – V. 156, N 1. – P. 1–18.

Sacks M.D., Tseng T.-Y. Preparation of SiO2 glass from model powder compacts: I, formation and characterization of powders, suspensions, and green compacts // J. Am. Ceramic Soc. – 1984. – V. 67, N 8. – P. 526–532.

Плаченов T.Г., Колосенцев С.Д. Порометрия. – Ленинград: Химия, 1988. – 175 с.

Yokoi T., Sakomoto Y., Terasaki O. et al. Periodic arrangement of silica nanospheres assisted by amino acids // J. Am. Chem. Soc. – 2006. – V. 128, N 42. – P. 13664–13665.

Hartlen K.D., Athanasopoulos A.P.T., Kitaev V. Facile preparation of highly monodisperse small silica spheres (15 to >200 nm) suitable for colloidal templating and formation of ordered arrays // Langmuir. – 2008. – V. 24, N 5. – P. 1714–1720.

Масалов В.М., Сухинина Н.С., Емельченко Г.А. Коллоидные частицы диоксида кремния для формирования опалоподобных структур // Физика твердого тела. – 2011. – Т. 53, № 6. – С. 1072–1076.




Copyright (©) 2011 E. V. Masalov, N. S. Sukhinina, G. A. Emelchenko

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.