气相二氧化硅溶胶的介电弛豫行为研究

doi:10.7503/cjcu20230214

摘要/Abstract

摘要：

制备了不同浓度的亲水气相二氧化硅/水溶胶和憎水气相二氧化硅/乙醇溶胶, 利用阻抗分析仪在 10²~10⁷ Hz频率范围内测量了这些溶胶的介电谱. 观察到分别位于10⁴和10⁵ Hz附近的2个介电弛豫行为, 利用Cole-Cole公式对其进行了拟合并准确获得了这些弛豫的特征参数. 结果发现, 两种溶胶的介电弛豫行为均随气相二氧化硅浓度呈规律性变化. 根据这些弛豫的特征及其随气相二氧化硅浓度的变化规律, 确定了低频和高频弛豫分别来自于聚集体的对离子极化和界面极化, 并进一步讨论了亲水和憎水气相二氧化硅分别在水和乙醇中的表面行为、分散状态及其随气相二氧化硅浓度的变化.

关键词: 气相二氧化硅, 介电弛豫谱, 对离子极化, 界面极化, 溶胶

Abstract:

Colloidal suspensions of hydrophilic fumed silica in water and hydrophobic fumed silica in ethanol with different silica concentrations were prepared， and their dielectric spectra in the frequency range of 10² Hz to 10⁷ Hz were measured by means of impedance analyzer. Two dielectric relaxation behaviors are observed locating in the vicinity of 10⁴ Hz and 10⁵ Hz in these spectra， they were then fit in line with Cole-Cole equation and characteristic parameters of these relaxations were accurately obtained. It is found that， the dielectric relaxation behaviors of both suspensions vary regularly with the concentration of silica. Based on the relaxation features and the regularity of the variation of the features with the silica concentration， it is confirmed that the low- and high-frequency relaxations are ascribed to counterion polarization and interfacial polarization of silica aggregate， respectively， furthermore， the surface behavior， the dispersing state， and their variation with the change of the concentration of silica of hydrophilic fumed silica in water and of hydrophobic fumed silica in ethanol were discussed in detail.

Key words: Fumed silica, Dielectric relaxation spectroscopy, Counterion polarization, Interfacial polarization, Colloidal suspension

中图分类号:

O648.1

TrendMD:

卢玉强, 吴信洁, 陈震. 气相二氧化硅溶胶的介电弛豫行为研究. 高等学校化学学报, 2023, 44(10): 20230214.

LU Yuqiang, WU Xinjie, CHEN Zhen. Study on the Dielectric Relaxation Behavior of Fumed Silica Suspensions. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(10): 20230214.

图/表 8

Fig.1 Photographs of colloidal suspensions of hydrophilic fumed silica in water(A) and hydrophobic fumed silica in ethanol(B) with different silica concentration

Fig.2 TEM images of suspensions of fumed silica dispersed in water(A) and ethanol(B), and schematic illustration of the aggregation state of fumed silica in solvents(C)

Fig.3 Frequency dependences of dielectric constant(A), dielectric loss(B), and dielectric constant after subtraction of EP and dielectric loss after subtraction of direct current conductivity(C) of colloidal suspension of fumed silica

Fig.4 Variation of the dielectric relaxation behavior of colloidal suspensions of hydrophilic fumed silica in water(A1—A5) and hydrophobic fumed silica in ethanol(B1—B5) with the silica concentrationSilica concentration/（g·L‒1）：（A1， B1） 10.0；（A2， B2） 8.0；（A3， B3） 6.0；（A4， B4） 4.0；（A5， B5） 2.0.

Fig.6 Variation of direct conductivity of colloidal suspensions of fumed silica with silica concentration

Fig.5 Variation of the relaxation intensity(A) and characteristic relaxation time(B) of the high⁃ and low⁃frequency relaxations of colloidal suspensions of hydrophilic fumed silica in water with silica concentration

Fig.7 Variation of the relaxation intensity(A) and characteristic relaxation time(B) of the high⁃ and low⁃frequency relaxations of colloidal suspensions of hydrophobic fumed silica in ethanol with silica concentration

Fig.8 Variation of the relative increment on relaxation intensity of the low⁃ and high⁃frequency relaxation of colloidal suspensions of hydrophilic fumed silica in water(A) and hydrophobic fumed silica in ethanol(B) with silica concentration

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