基本信息
- 项目名称：
- 新型绿色硅材料的制备及其性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 硅材料量大价廉。用其做成性能优异的新材料已得到广泛研究，其市场前景广阔。本作品制备了两种新型硅材料：有机硅离子液体、纳米二氧化硅-姜黄素杂化材料（自主研发）。 一、用三甲基硅咪唑与不同碳原子溴代烷烃制备了多种离子液体。 二、将天然产物姜黄素接枝在纳米二氧化硅上制得有机无机杂化硅材料。 对两类材料结构进行必要的表征。探究制备出能代替传统的材料新型硅绿色材料。
- 详细介绍：
- 硅材料以其量大、价廉、作用大而在我国占有绝对优势。用硅做成性能优异的新材料已经得到较为广泛的研究，应用广泛，其市场前景广阔。本作品制备了两种新型硅材料：有机硅离子液体、纳米二氧化硅-姜黄素杂化材料（自主研发）。 实验一用三甲基硅咪唑与不同碳原子溴代烷烃制备了多种离子液体，将制备而得的多种离子液体，运用循环伏安法对其进行了电化学性质的测定，研究其电极吸附现象、电化学反应产物、电化学—化学耦联反应等。找出具有反应易控制、条件温和、催化剂使用效率高且易分离、能连续的回收等优点的离子液体。据此可将这类离子液体广泛应用于纺织、皮革、造纸等行业。 实验二采用硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）将具有生物活性的天然产物姜黄素接枝在纳米二氧化硅上制得有机无机杂化硅材料。用红外光谱、XRD对纳米二氧化硅-姜黄素杂化材料的结构进行表征，并选用黑曲霉和青霉作供试菌种，对其防霉性能和对霉菌的光毒性作一定研究，选出能用于广泛用于现代涂料添加剂及其它抗菌材料的一类杂化产物。这种新新出现的改性硅酸盐材料，在化学和医疗行业有着广泛的应用。可以代替纳米二氧化硅潜在用于橡胶、塑料、电子、涂料、陶（搪）瓷、石膏、颜料、胶粘剂、化妆品、玻璃钢、化纤、有机玻璃、环保等诸多领域，将两种硅材料整合复配，用于皮革中，对皮革的防霉有一定的应用价值。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 1、基本思路： （1）用三甲基硅咪唑与溴代烷烃等制备多种离子液体，用红外光谱、循环伏安法对产物进行必要表 征。 （2）将姜黄素接枝在纳米二氧化硅上。采用红外光谱、XRD对纳米二氧化硅-姜黄素的结构进行必要表征，并选用黑曲霉和青霉对其性能和进行研究。 2、目的： （1）制备出能广泛应用于绿色溶剂、催化等行业的离子液体。 （2）制备能用于现代涂料添加剂及其它抗菌材料的杂化材料。
科学性、先进性及独特之处
- 1.制得可循环利用的绿色有机硅离子液体，这类离子液体可作为良好的溶剂，并能广泛应用于纺织、皮革、造纸等行业。 2.自主研发将具有生物活性的天然产物姜黄素接枝在纳米二氧化硅上，选用黑曲霉和青霉作供试菌种，制备的杂化材料对青霉和黑曲霉均表现一定抗菌效果，特别是对黑曲霉表现更强的抗菌防霉性能，且对黑曲霉有较优异的光毒性反应。这种绿色环保硅杂化材料可于现代涂料添加剂及其它抗菌材料。
应用价值和现实意义
- 硅材料原料在我国量大且价廉。用这些原料做成性能优异的新材料，开发的潜力非常大，市场前景广阔。开发硅系材料的意义不仅如此，就原料来源看，石油、塑料等材料的原料来源减少。据业内人士称，石油作为动力能源和有机高聚物等的原料，若像现在未加控制使用，20年后就濒临枯竭。而硅占地壳质量的1／4，所以用新型硅材料代替传统的材料，能节约能源，开拓环保绿色材料的新领域。这个创新将开拓材料史上的新纪元。
学术论文摘要
- 第一部分本文利用三甲基硅咪唑与溴代烷烃及无水甲苯制备了多种离子液体。并采用循环伏安法对目标化合物进行了电化学性质的测定。电极反应机理的判断循环伏安法还可研究电极吸附现象、电化学反应产物、电化学—化学耦联反应等,对于有机物、金属有机化合物及生物物质的氧化还原机理研究很有用。 第二部分本文采用硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）将具有生物活性的天然产物姜黄素接枝在纳米二氧化硅上。用红外光谱、XRD对产物结构进行了必要表征，并选用黑曲霉和青霉作供试菌种，对其防霉性能和对霉菌的光毒性作了一定研究。研究结果表明：姜黄素通过APTES能接枝在纳米二氧化硅表面，并得到含希夫碱(C=N)官能团有机无机杂化材料；制备的杂化材料对青霉和黑曲霉均表现一定抗菌效果，特别是对黑曲霉表现更强的抗菌防霉性能，且对黑曲霉有较优异的光毒性反应。这种材料可于现代涂料添加剂及其它抗菌材料。
获奖情况
- 作品（第二个内容：二氧化硅-姜黄素及其衍生物杂化材料和制备方法已申请发明专利） 公开号：CN101796961A 公开时期： 2010.08.11
鉴定结果
- 论文一篇、专利一篇
参考文献
- [1] 刘靖平,任周阳,赵元鸿,等.几种新型离子液体的合成 [J].有机化学,2004,9:1091-1094 [2] 石顺存,易平贵,曹晨忠,等.新型离子液体的合成及其阳离子基团缓蚀性能[J].化工学报,2005,6: 1112-1119 [3] 刘有芹,乐文志,等.二氧化铅修饰玻碳电极的镀膜/循环伏安法制备及电催化性能[J].分析化学2010,5: 653-658 [4] 傅东祺, 金葆康.碱性介质中甲醇氧化红外光谱电化学循环伏吸研究[J].无机化学学报,2010,11: 2001-2005 [5] 周勤,曾向宏,谭军,等.2005年国外有机硅进展[J].有机硅材料,2006,20（4）:205-211 [6]Koon Fung Lam, Chi Mei Fong, King Lun Yeung, Gordon Mckay. Selective adsorption of gold from complex mixtures using mesoporous adsorbents［J］.Chemical Engineering Journal 145 (2008) 185–195. [7]Dirk Hoegaerts , Bert F. Sels , Dirk E. de Vos ,Francis Verpoort , Pierre A. Jacobs. Heterogeneous tungsten-based catalysts for the epoxidation of bulky olefins［J］. Catalysis Today 60 (2000) 209–218. [8]Ying Li, Bing Yan. Schiff-base-functionalized mesoporous silica SBA-15: Covalently bonded assembly of blue nanophosphors［J］. Solid State Sciences 11 (2009) 994–1000.
同类课题研究水平概述
- 自20世纪50年代发明硅太阳电池以来，人们为太阳电池的研究、开发与产业化做出了很大的努力。到目前为止，太阳能光电工业基本是建立在硅材料的基础之上。世界上绝大部分的太阳能光电器件是用晶体硅制造的，其中单晶硅太阳电池是最早被研究和利用的。到20世纪70年代铸造多晶硅发明和应用以来，80年代末期它仅占太阳电池材料的10%左右。在90年代的到迅速发展，1996年底已占整个太阳电池材料的36%左右，2001年更是接近50%。它以相对成本低、高效率的优势不断挤占单晶硅的市场，成为最有竞争力的太阳电池材料。但无论是单晶硅还是铸造多晶硅，在硅片加工过程中，仅仅由于硅片的切割，硅材料的损耗就达到50%，大大增加了太阳电池的成本。因此，为进一步降低晶体硅太阳电池的成本，多种带状的太阳电池技术已经被发展，其中EFG带状硅片自20世纪90年代就已经在工业界应用。非晶硅是20世纪70年代发展起来的太阳电池材料，在计算器、手表、玩具等小功耗器件中得到了广泛应用，但其缺点却阻碍了它的应用。尽管硅材料有各种问题，但仍然是目前太阳电池的主要材料，约占了国际太阳电池材料市场的99%以上，而且，新型硅材料也是未来太阳电池的主要希望之一。 2006年，德国科学家开发出一种新型硅材料，它可以被用于加工微处理器或其他微型设备。这种新型硅材料被命名为“硅粘扣”。德国伊尔默瑙工业大学的研究人员用“黑硅”制成了这种硅粘扣，“黑硅”是普通硅被强激光束或高能离子轰击后产生的。研究人员表示，这种材料对微片制造商非常有用，也有助于技术人员在处理非常薄的硅片时无需使用有可能造成组件损坏的加热或粘着技术。 日本东芝硅有限公司已经开始出售一种新型硅材料。这种材料以硅为基本成份，它具有弹性和高度的疏水性；具有良好的透气性（对气体和蒸汽有渗透性）；这种涂敷材料可以有效地防止金属表面生锈和二氧化硫等气体的腐蚀；并可防日晒，风化等。也可用作屋顶等处的防护涂层材料。
