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有机无机杂化二氧化硅颗粒，由于其结构、形貌和尺寸的可控性，有机基团的长度、硬度、种类等可调节性，可以构筑具有热稳定性、高孔隙率、折光指数可调和高比表面积的材料，在光学、电子、催化剂及催化剂载体、吸附材料及生物医学领域等具有广泛应用，因此在基础研究和应用研究上都得到了越来越多的关注。本论文旨在通过不同方法制备具有多种形貌的杂化二氧化硅颗粒，利用其形貌和结构的特性，研究了杂化颗粒在吸附材料、微容器及光学薄膜方面的应用，其中重点研究了功能性减反射薄膜的制备和表征。本论文主要研究内容如下:
1.发现在聚丙烯酸(PAA)均聚物溶液中外加不同量的盐酸溶液(HCl)，可以诱导PAA自组装成多种形貌，包括:实心胶体颗粒、介孔状颗粒，核壳状及“yolk-shell”状结构。研究了分子量和溶剂对PAA均聚物在HCl诱导下自组装形貌的影响。成功制备了具有多种形貌的PAA/SiO2杂化结构，去除模板后可得中空和介孔二氧化硅纳米颗粒。
2.将3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和正硅酸乙酯(TEOS)在水体系中通过自催化和自模板法共水解和缩合制备了杂化中空有机硅微球，该制备方法简单且绿色环保，不涉及任何外加模板和催化剂。所得中空球具有较大的比表面积、粗糙结构及可反应性活性氨基。通过多种表征方法对中空球的结构和组成进行了研究，提出了可能的形成机理。研究了反应温度、搅拌速率以及前驱体的摩尔比对中空微球形貌的影响。由于大中空结构和氨基的存在，杂化中空有机硅微球可用于吸附重金属、CO2、微容器等。
3.在不使用任何外加表面辅助剂的条件下，通过一种简单的方法制备了单分散ZrO2/SiO2核壳结构纳米颗粒。通过改变二氧化硅前驱体的浓度即可很好地控制SiO2壳层的厚度，使核壳结构的折光指数在一定范围内可调。由于二氧化硅壳层表面Si-OH的存在，所制备的ZrO2/SiO2纳米颗粒可以很容易地分散在水和多种醇类有机溶剂中。此外，SiO2层可与多种硅烷偶联剂反应，经甲基改性后核壳结构纳米颗粒在有机溶剂，如甲苯、氯仿中具有良好的分散性和稳定性，拓展了ZrO2/SiO2核壳结构纳米颗粒的应用范围。
4.将二氧化硅纳米颗粒经甲基改性后，通过控制成膜条件，用一种简易的方法制备了超疏水减反射涂层，玻璃表面单面涂覆后透光率提高1.5％，涂层表面接触角可达150°以上，探讨了超疏水减反射涂层的成膜机理，证实湿度是制备超疏水减反射涂层的关键因素;
通过两步法制备了疏水耐磨减反射涂层，薄膜铅笔硬度可达5H，具有良好的耐湿性，耐酸性和耐高温性和自清洁性。这种自清洁减反射涂层由于其良好的机械性能，可满足建筑玻璃、太阳能封装材料等领域的应用需求。
5.利用纳米颗粒之间的毛细吸附，通过化学气相沉积(CVD)方法在维持纳米颗粒薄膜孔隙率的同时实现了纳米颗粒之间的粘结，有效提高了纳米减反射薄膜的耐磨损性。通过AFM表征了薄膜的表面形貌和粗糙度，椭偏仪测试了不同处理时间下薄膜的折光指数和厚度。探索应用石英微晶天平(QCM)定量表征了减反射薄膜的耐磨损性。该方法适用于不耐高温的PET、PC、PMMA等透明树脂基底上耐磨损减反射涂层的制备。