Synthesis of Spherical, Non-Aggregated Silica Nanoparticles for Nanocomposite Coatings

05/2005 Mai

Commercially available SiO2 nanopowders synthesised by flame aerosol processes consist to a major part of large aggregates, formed by collision and sintering of primary particles during the process. These aggregates impair the
physical and chemical benefits, which could be achieved from the properties of
the primary, non-aggregated nanoparticles. In this work, SiO2 nanoparticles were produced by high-temperature oxidation of hexamethyldisiloxane (HMDSO) vapour in an aerosol co-flow diffusion flame reactor. Oxygen and CH4 were used as oxidant and fuel gas, respectively. Particle size and morphology was controlled by flame configuration, O2 flow rate as well as CH4 and HMDSO concentration. The mean particle diameter was determined from nitrogen absorption measurement and particle morphology was examined by TEM. SiO2 nanopowders with mean primary particle diameters of 10 to 110 nm were synthesised.

Synthese von sphärischen, nicht aggregierten Siliziumdioxid-Nanopartikeln für Nanocomposit-Lacke
Kommerziell erhältliche Nanopulver, die via Flammsynthese hergestellt wurden, bestehen meist zu einem Grossteil aus Aggregaten. Diese entstehen während des Herstellungsprozesses durch Kollision und Sintern von Primärpartikeln und beeinträchtigen die interessanten physikalischen und chemischen Eigenschaften, die nicht aggregierte Nanopartikel aufweisen. In dieser Arbeit wurden SiO2-Nanopartikel via Hochtemperatur-Oxidation von dampfförmigem Hexamethyldisiloxan (HMDSO) in einer Einfach-Diffusionsflamme hergestellt. Als Oxidans wurde Sauerstoff und als Brenngas Methan verwendet. Die Partikelgrösse und -morphologie wurden durch Konfiguration der Flamme,
Sauerstoff-Durchflussmenge sowie HMDSO-Konzentration beeinflusst. Der mittlere Partikeldurchmesser wurde anhand von Stickstoff-Adsorptionsmessungen bestimmt, die Untersuchung der Partikelmorphologie erfolgte mit TEM. SiO2-Nanopulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser
von 10 bis 100 nm wurden synthetisiert.