在化学界，除了“苏打四兄弟”（苏打、小苏打、大苏打、臭苏打）名字相近让人分不清之外，以二氧化硅为主要成分的一些硅粉物质同样让人容易搞错，比如硅微粉、白炭黑和纳米二氧化硅。

不同于“苏打四兄弟”那样一根藤上四个瓜，每个瓜都有独立的化学式。这些硅粉物质有一个共同的化学式SiO2，尤其是白炭黑和纳米二氧化硅，虽然有些情况下两者可以互换“冒充”，但如果把两者之间划等号显然是不严谨的。那我们今天就来看一下，硅微粉、白炭黑和纳米二氧化硅到底是啥关系。

一、概念

硅微粉

是由天然石英（SiO₂）或熔融石英（天然石英经高温熔融、冷却后的非晶态SiO₂）经破碎、球磨（或振动、气流磨）、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道工艺加工而成的微粉。

白炭黑

是无定型硅酸及硅酸盐类产品的统称，在橡胶工业中补强作用类似于炭黑，被称为白炭黑，分子式为SiO₂·nH₂O，其中nH2O是以表面羟基的形式存在，外观看起来一般是白色，是一种无定形没有气味及毒性的颗粒状固体。

纳米二氧化硅

是指颗粒粒径在纳米量级(小于100nm)的超细二氧化硅颗粒。它是一种无定型、白色、无味、无毒的粉末状物质，是一种表面存在吸附水性羟基基团的纳米材料。

不论是硅微粉、白炭黑还是纳米二氧化硅，这3者的主要成分都是SiO₂。不同的是白炭黑除了指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶外，还包括粉末状硅酸铝和硅酸钙等，大多情况下它的组成可用SiO₂·nH₂O表示，其中nH₂O是以表面羟基的形式存在。

二、物质结构

1、硅微粉

二氧化硅有晶态和无定形非晶体两种形态，从硅微粉的概念上来看，它是二氧化硅微粉的统称，所以硅微粉包含晶体状态和非晶体状态，它是以硅氧四面体为基本结构形成的立体网状结构。

2、白炭黑

白炭黑是非晶型的无定形二氧化硅颗粒，具有一定的枝杈结构。它同样拥有由硅和氧构成的空间四面体网状结构，氧位于四面体的顶点之上，硅位于四面体的中心位置，这种结构的特点就在于顶点上的氧和其他各个面上的顶点共点，使得SiO₂呈电中性。

白炭黑的表面有三种不同类型的羟基：一种羟基为在脱过水的白炭黑表面存在的硅氧基，温度的增加不易脱除硅氧基；另一种羟基因为其含有正电性H原子，因此特别容易与具有负电性的原子发生氢键结合，被称为隔离羟基；还有一种是对极性物质具有很强的吸附作用，彼此之间能以氢键的形式互相结合的相邻羟基。

3、纳米二氧化硅

纳米二氧化硅外观为无定形白色粉末，呈絮状和网状的准颗粒状态。其微观结构近似球形，颗粒表面存在不饱和的残键及不同键合状态的羟基，其分子状态是三维链状结构。

三、性质

1、硅微粉

1）、具有良好的绝缘性：由于硅微粉纯度高，杂质含量低，性能稳定，电绝缘性能优异，使固化物具有良好的绝缘性能和抗电弧性能。

2）、能降低环氧树脂固化反应的放热峰值温度，降低固化物的线膨胀系数和收缩率，从而消除固化物的内应力，防止开裂。

3）、抗腐蚀性：硅微粉不易与其他物质反应，与大部分酸、碱不起化学反应，其颗粒均匀覆盖在物件表面，具有较强的抗腐蚀能力。

4）、颗粒级配合理，使用时能减少和消除沉淀、分层现象；可使固化物的抗拉、抗压强度增强，耐磨性能提高，并能增大固化物的导热系数，增加阻燃性能。

5）、经硅烷偶联剂处理的硅微粉，对各类树脂有良好的浸润性，吸附性能好，易混合，无结团现象。

6）、硅微粉作为填充料，加入有机树脂中，不但提高了固化物的各项性能，同时也降低了产品成本。

2、白炭黑

白炭黑是一种多孔性的物质，化学性质非常稳定，不燃，耐高温，无味，无臭，电绝缘性良好，其聚集体形态和微观结构与炭黑相似。白炭黑的用途十分广泛，可作为补强剂用于橡胶制品、分散剂、载体等。

3、纳粘二氧化硅

纳米二氧化硅是一种无毒、无味、无污染的白色无机非金属材料 ,颗粒粒径小（0-100nm）。其比表面积大 ,对紫外、红外、可见光具有极强的反射特性 ,纳米二氧化硅的体积效应和量子隧道效应使其产生游渗作用 ,可与有机分子化合物形成空间网状结构 ,从而大幅度提高高分子材料的力学强度、韧性、耐磨性和耐老化性等。

四、分类

1、硅微粉

硅微粉根据用途可分为普通硅微粉（PG）、电工级硅微粉（DG）、电子级硅微粉（JG）；按其颗粒形态分为角形硅微粉和球形硅微粉；其中以石英矿或硅石为原料直接粉磨得到的硅微粉称为结晶硅微粉，以熔融石英为原料粉磨得到的硅微粉称为熔融硅微粉（RG）。

对上述硅微粉进行有机表面改性后分别称为普通活性硅微粉（PGH）、电工级活性硅微粉（DGH）、电子级结晶型活性硅微粉（JGH）、电子级熔融型活性硅微粉（RGH）及球形硅微粉。

2、白炭黑

白炭黑根据它的制备方法分为沉淀法白炭黑、气相法白炭黑、非金属矿白炭黑及禾本科植物法白炭黑。

3、纳米二氧化硅

纳米二氧化硅根据它的制备方法分为物理法与化学法纳米二氧化硅。其中化学法又分为化学气相反应法、沉淀法、溶胶 -凝胶法、微乳液法及固相反应法。

五、应用

1、硅微粉的主要用途：

电子领域：作为电子产品如集成电路块，半导体器件的塑封料填料；

电工领域：作为电工产品如电流互感器，电压互感器，干式变压器等高压电气部件的浇注料填料；

玻璃领域：作为玻璃纤维的主料，用于生产普通无碱玻璃纤维和电子工业用玻璃纤维；

橡胶领域：硅橡胶和塑料的填充料；

油漆，涂料领域：作为涂料添加剂；

陶瓷领域：有利于泡沫陶瓷的烧结，与氧化铝微粉反应在较低温度便可生成莫来石晶相。

2、白炭黑的主要用途：

橡胶领域：在橡胶中起交联作用，作补强剂；

油漆涂料领域：可作为增稠剂，触变剂，分散剂，流量控制剂和防沉剂，能使制剂色泽鲜艳，增加透明感；

塑料领域：可提高材料的强度，韧性，明显提高防水性和耐老化性；

农业领域：可作为理想的医药和农药载体，在农药中能大量吸收杀虫剂农药；

日用品领域：在牙膏中的应用，白炭黑具有良好相容性与物理性能，把白炭黑作为牙膏摩擦剂能洁齿，除斑；

造纸领域：可以提高纸张的白度，使纸张质量轻化，适合高速印刷。

3、纳米二氧化硅：
橡胶领域：提高产品强度，耐磨性和抗老化性；

塑料领域：可使塑料变得更加致密；提高材料的抗老化性和耐化学性；

涂料领域：涂膜与墙体结合强度大幅提高，涂膜硬度显著增加，表面自洁能力也获得改善；

医疗，建材和家电领域：在杀菌剂制备时可用作载体；

光学领域：作为新型光纤材料能有效降低能量损耗；

催化剂领域：由于具有较大的比表面积和化学稳定性，因而常常被作为催化剂；

传感器领域：由于具有良好的生物相容性，将其作为支撑衬底，可以构筑成特异性识别的生物检测传感器；

玻璃：提高抗紫外线，红外线能力；

陶瓷领域：可提高材料的强度，弹性；

电子领域：在电子组装过程中，起到增韧，致密，提高强度的作用。

六、总结

综上所述，三者在概念上有所不同，但还是存在一定的关系。

1、三者成分都是SiO2，只不过白炭黑在大多数情况下它的组成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。

2、在原子结构上三者都有硅氧四面体结构，但在微观结构上白炭黑表面存在三种不同类型的羟基。

3、在性质上，三者都具有无色无味、比表面积大、绝缘、稳定的特性。

4、在应用上，三者都广泛应用于橡胶、陶瓷、塑料、涂料油漆等领域，应用范围有所交叉重合。另外，白炭黑在橡胶制品中代替炭黑得到了非常广泛的应用。

参考文献：

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【2】 马倩倩.白炭黑的制备与发展趋势

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【9】 徐鹏金.浅谈高纯超细硅微粉的生产与应用

来源：粉体网