材料性能與材料顆粒的大小、形貌密切相關，而材料的光、電、磁學等宏觀性能也很大程度的依賴材料的顆粒大小和形狀均勻程度。窄粒度分布（近似單分散分布）納米二氧化硅微球具有分散性好、比表面積巨大、極好的光學性能和化學穩定性等優良性能，已成為現代的研究熱點。近年來，新材料和先進制造技術正在迅猛的發展和廣泛的應用，精確控制粉末原料的物理化學性能，制備出高純、球形、粒度分布窄、活性高且分布均勻的材料是眾多科研工作者追求的目標。由于單分散體系的顆粒均一且表面性質相同，賦予其很多獨特的性質和越來越廣泛的應用。

      納米二氧化硅微球的應用：

      單分散球形SiO2是無定型白色粉末,是一種無毒、無味、無污染的非金屬材料。球形, 呈絮狀和網狀的準顆粒結構，具有對抗紫外線的光學性能。目前,人們已經可以在一定規模上制備出納米級的單分散球形二氧化硅（又稱SiO2膠體球）,并且已在陶瓷制品、橡膠改性、塑料、涂料、生物細胞分離和醫學工程、防曬劑、顏料等方面獲得廣泛的應用。

      信息量的爆炸式增長要求電子器件向小型化、高度集成化的方向發展。但是，以電子技術為核心的半導體技術的研究卻難以滿足現實的要求。眾所周知，光子的速度比電子的要快，因此，人們開始把希望的目光投向光子,提出了用光子代替電子作為信息載體的設想。貝爾中心實驗室和普林斯頓大學的實驗室各自提出了光子晶體的概念。此后,光子晶體被認為是未來的半導體。SiO2膠體球有易于制備和粒徑大小可控的特點,成為目前應用最廣泛的制備光子晶體的材料。該晶體是制作許多功能材料和器件，如各種傳感器、過濾器、開關的潛在材料。但是,SiO2膠體球表面能高,處于熱力學非穩定狀態,極易聚集成團，同時二氧化硅表面親水疏油,在有機介質中難于均勻分散,從而很難組裝形成完整有序光子晶體結構。需要對其進行表面改性，來解決納米二氧化硅的分散性和與有機基體的相容性問題。如何降低SiO2膠體球的表面能和提高微球之間的靜電排斥作用成為研究的重點。

      其他方面的應用： 1、可制備SiO2膠體探針，應用在表面力測定中。 2、中空介孔的 SiO2膠體球具有很高的比表面積和空容，可以作為封裝時的干燥劑使用。 3、由于SiO2膠體球高化學穩定性和生物相容性，也可用于催化劑載體和藥物載體。  4、SiO2膠體球引入熒光染料，可制得熒光微球，在生物醫學成像和免疫測定中有廣泛應用。

      納米級的單分散球形二氧化硅的制備：

      1、重力場沉降法  重力場沉降法是目前最簡單的一種組裝方法。這種方法是模擬自然條件下Opal的形成過程,因此又稱自然組裝過程。隨著膠體小球的沉降,容器底部膠體小球的濃度逐漸增加,當膠體球的體積分數達到一定范圍(約74%)并處于熱力學上平衡態時會自發完成無序相到有序相的轉變,這一過程看似簡單,實際上仍需考慮包括了膠體球的沉淀、布朗運動、晶相的成核與長大等一系列復雜因素。由于重力沉降時間較長,無法精確控制沉降層數,產物通常是多晶結構,包含fcc、bcc、rhcp甚至無序堆積,其單晶區域一般也很小,并且得到的樣品通常十分脆弱,需要額外處理增加其機械強度。因此科學家也曾嘗試利用其它力場如離心場、電場、磁場來實現膠體晶體自組裝。

 
      2、垂直沉積法  為了解決重力沉降法制備的膠體晶體有序尺寸小、結構呈多晶相的問題,采用垂直沉積法制備膠體SiO2光子晶體。垂直沉降法是自組裝膠體晶體較成熟的方法,優點是組裝膜的質量較好,費用低。將基片垂直浸入含有單分散微球的膠體溶液中,當溶劑蒸發時,液體表面慢慢降落,微球在毛細壓力作用下,在基片表面自組裝為周期排列結構,形成膠體晶體,此即垂直沉淀法。利用垂直沉積法將不同直徑以及同一直徑不同濃度的SiO2,膠體微球分別進行自組裝,可制得多種膠體光子晶體薄膜。  
   

       目前，單分散二氧化硅微球的制備方法趨于成熟，但是，更環保、更安全、更節約的制備方案還有待我們探索。人們為獲得更大體積和更少缺陷的膠體晶體三維有序結構，正在不斷地開發著更新、更便捷的方法。但是存在于這些方法間的組裝機理卻是人們至今尚未完全認識和了解的，需要做的基礎研究項目還有很多。

(粉體圈 作者：梧桐）