SiC掺杂改性SiO2气凝胶的制备及其隔热性能研究

以正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷为共聚硅源，加入干燥控制化学添加剂N,N-二甲基甲酰胺，酸催化制备硅溶胶，并添加遮光剂SiC,混合均匀后在碱性条件下老化得到SiC掺杂改性双硅源体系SiO₂溶胶，再利用疏水改性、溶剂交换等后处理工艺，常压干燥得到SiC掺杂改性SiO₂气凝胶。考察了双硅源体系SiO₂气凝胶的组织性能、表面形貌、物质构成和孔结构等，进一步分析了不同SiC掺杂量和温度条件对SiO₂气凝胶隔热性能的影响。结果表明，SiC掺杂改性双硅源体系SiO₂气凝胶的导热系数在700℃条件下可低至0.0482W/(m·K),且具有良好的高温隔热性能。     

纳米纤维素增强SiO2气凝胶力学性能与微观结构

为克服SiO₂气凝胶强度低、易破碎等缺点,通过原位溶胶-凝胶法制备纳米纤维素（CNF）增强SiO₂气凝胶,并对SiO₂气凝胶的化学结构、微观形貌和力学、物理性能进行表征分析,探讨了CNF对SiO₂气凝胶力学性能的增强机制。结果表明：CNF独特的纳米级网络结构可增强SiO₂颗粒之间的联结强度;Si-OH（960 cm^-1）和Si-O-Si（1 225 cm^-1、1 056 cm^-1和800 cm^-1）等特征吸收峰的出现表明,CNF与SiO₂之间形成稳定的化学键联结;采用不同含量CNF气凝胶作为SiO₂增强相均可达到增强力学性能的效果,同时仍能保持SiO₂气凝胶本身质轻、高孔隙率、高比表面积等特性;当以CNF质量分数为6wt%的溶液制备气凝胶时,CNF增强SiO₂气凝胶具有最优的力学性能,压缩模量和压缩强度分别为12.43 MPa和2.59 MPa。     

SiO2气凝胶@聚合物复合材料的制备方法及性能研究进展

SiO₂气凝胶@聚合物复合材料融合了SiO₂气凝胶纳米多孔、低热导、耐高温特性及聚合物柔韧、高强特性，可在微观尺度形成独特的有机无机互渗透结构，既克服了SiO₂气凝胶脆性大、强度低的固有缺陷，也增强了聚合物的隔热、耐高温、阻燃、疏水等功能，从而可用于需求高强、高韧、高效绝热、耐高温、阻燃、防火、超疏水等多种复合功能的应用场景，是当前气凝胶新材料领域的研究热点。本文从SiO₂气凝胶@聚合物复合材料的制备方法、组成与微观结构、物理化学性能三个角度综述了当前领域最新研究进展，涵盖了环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚苯乙烯等常见聚合物体系，归纳总结了“共混法”“共前驱体法”“气凝胶或聚合物原位生长法”三种典型制备途径，分别从组成与结构、力学性能、热学性能、阻燃性能、疏水性能等方面，阐述了气凝胶@聚合物复合材料的结构与性能特点，分析了制备方法及气凝胶掺量等因素对复合材料体系结构与性能的影响规律。在此基础上，梳理了SiO₂气凝胶@聚合物复合材料当前研究存在的问题及未来可能的发展方向。     

增强改性SiO2气凝胶复合材料的研究进展

SiO₂气凝胶是一种含有纳米介孔结构的轻质固体材料，具有高孔隙率、高比表面积、低导热性、低介电性等特性，在隔热、吸附、吸声、发光、催化、电子等工业领域具有广阔的应用前景。但SiO₂气凝胶自身孔结构存在易碎、易坍塌等缺陷，导致应用受到较大限制。在保持SiO₂气凝胶良好特性的前提下，对其进行增强改性制备力学性能优良的SiO₂气凝胶复合材料是近年来的研究热点。本文报道了无机/有机纤维增强改性SiO₂气凝胶、有机聚合物增强改性SiO₂气凝胶及无机物掺杂增强改性SiO₂气凝胶等复合材料的主要制备工艺过程、材料综合性能表现及增强改性机制，探讨了增强改性SiO₂气凝胶复合材料研究进展及重点方向，以期为增强改性SiO₂气凝胶复合材料的研究和应用提供新的设计思路。      

SiO2气凝胶的制备及其在污水处理方面的研究进展

SiO₂气凝胶微观结构中存在不同形状、大小和排列方式的孔隙,这些孔隙可以形成细小的通道、突起、凹陷等复杂形态,具有比表面积大、孔隙率高的特点。SiO₂气凝胶被广泛应用于众多领域。因其低密度和高孔隙率性质被应用于吸声材料,低导热系数被广泛应用于保温材料,并且凭借其多孔性、高比表面积等结构特点,能够高效地吸附和去除污水中的有污染物,在污水处理方面也展现出良好的应用前景。本文综述了制备SiO₂气凝胶四个阶段的研究进展,包括溶胶-凝胶法制备SiO₂湿凝胶、SiO₂凝胶的老化、表面改性SiO₂气凝胶以及SiO₂气凝胶的干燥,归纳了每个阶段的特点,重点介绍了SiO₂气凝胶在含有机染料污水、含油污水和含重金属离子污水方面的吸附应用,并对其未来发展趋势进行了展望。     

疏水性聚酰亚胺增强SiO2气凝胶复合材料的制备与表征

采用化学交联、溶胶-凝胶和表面改性的方法,制得疏水性聚酰亚胺（PI）增强SiO₂气凝胶复合材料。以均苯四甲酸二酐（PMDA）和4’,4’-二氨基二苯醚（ODA）为聚合单体,3-氨丙基-三己氧基硅烷（APTES）为封端剂,合成APTES封端的聚酰亚胺,与正硅酸乙酯（TEOS）混合形成前驱体。采用酸碱两步催化凝胶、湿凝胶依次进行表面疏水改性、溶液置换及CO₂超临界干燥,得到聚酰亚胺增强SiO₂气凝胶复合材料样品。利用FTIR、SEM、比表面积测试仪、万能材料试验机、接触角分析仪等表征样品的化学组成、微观形貌、孔结构、力学性能及疏水性能等。结果表明：PI质量分数为6wt%的样品密度为0.124 g/cm³,比表面积为724 m²/g,平均孔径尺寸为14 nm,接触角为134°,抗压强度为0.295 MPa。20wt%含量的PI增强SiO₂气凝胶样品抗压强度为0.556 MPa。     

具有气凝胶结构特征的C/SiO2和C/SiC复合材料研究进展

具有气凝胶结构特征的C/SiO₂和C/SiC复合材料因其多样的结构存在形式和多孔、轻质、耐高温等特性, 在高温隔热、吸附、催化、储氢、光电等多种领域具有广泛的应用前景和研究价值。依据硅源与碳源的不同引入方式, 本文综述了采用共聚法、浸入法和聚合物先驱体热解法制备的具有气凝胶结构特征的C/SiO₂和C/SiC复合材料的研究现状。借助碳材料与SiO₂两者间的相对存在形式, 探讨了这三种工艺方法制备C/SiO₂和C/SiC复合材料的工艺特点, 分析了材料所呈现的组织结构特征、合成机理和性能特点, 并对其潜在的应用前景进行了展望。硅与碳之间多样的复合方式使C/SiO₂和C/SiC复合材料呈现出多样的材料特征和特性, 为相关研究开辟了新的方向。     

SiO2增强氧化铝气凝胶复合建筑保温材料的制备及性能研究

气凝胶材料凭借孔隙率高、抗压能力强和热导率低等优势，在建筑保温材料市场中具有广阔的应用前景。选择正硅酸乙酯和仲丁醇铝为原料，通过溶胶-凝胶法制备了不同SiO₂掺杂量的Al₂O₃-SiO₂气凝胶复合保温材料。研究了SiO₂掺杂量对复合气凝胶晶体结构、微观形貌、力学性能和导热性能的影响。结果表明，Al₂O₃-SiO₂气凝胶主要由多晶态的勃姆石组成，SiO₂的掺杂抑制了γ-Al₂O₃相的生成，阻碍了羟基缩水反应的发生，且AlO-H基团中的H被Si取代，形成了更为稳定的Al-O-Si键。Al₂O₃-SiO₂气凝胶呈现出开放的多孔结构，SiO₂的掺杂改善了气凝胶的孔道走向，使孔径尺寸减小且均匀分布。随着SiO₂掺杂量的增加，Al₂     

碳纤维增强SiO2气凝胶复合材料的制备及保温性能研究

以正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体,无水乙醇和去离子水为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备了SiO₂气凝胶,再以不同含量(0,1%,3%和5%（质量分数）)短切碳纤维为增强材料,在胶凝完成后,经过表面改性,采用常压干燥工艺,制备了碳纤维增强SiO₂气凝胶复合材料。采用XRD、SEM、FT-IR和孔径测试等方法对制备所得复合材料的微观结构、形貌、孔径分布和导热性能进行了测试分析。结果表明,碳纤维增强SiO₂气凝胶复合材料为典型的非晶态结构,属于毛细凝聚特征的介孔材料,碳纤维的掺杂并没有改变SiO₂气凝胶的晶态结构;未掺杂碳纤维的SiO₂气凝胶的颗粒相互堆搭,掺入碳纤维的SiO₂气凝胶颗粒的孔隙明显减小,孔洞结构较为完整,碳纤维的掺入填充了大尺寸孔隙,有助于气凝胶孔径分布区间的收窄,当碳纤维的含量为3%（质量分数）时,颗粒分布最佳;随着碳纤维含量的增加,复合材料的导热系数呈现出先降低后升高的趋势,当碳纤维的含量为3%（质量分数）时,样品的导热系数最低为0.019 W/（...     

使用木糖醇合成纳米ZrB2粉末的研究

以正丙醇锆、乙酸、硼酸和木糖醇为原料, 采用溶胶-凝胶法, 通过碳热还原反应制备了纳米ZrB₂粉末。在反应体系中, 木糖醇既提供反应所需的碳, 又与硼酸形成了配位化合物。通过对凝胶前驱体粉末进行傅里叶红外光谱以及热重分析, 探讨了溶胶-凝胶反应过程对碳热还原反应温度以及凝胶陈化时间的影响。结果表明, 引入木糖醇促进了反应过程的进行, 湿凝胶无需陈化处理, 并且降低了碳热还原温度。当木糖醇与正丙醇锆的摩尔配比为1.4时, 使用未经陈化的凝胶前驱体, 经1450℃碳热还原即可获得平均直径约50 nm的等轴状ZrB₂纳米颗粒, 粉体氧含量为1.36wt%。     

SiO2气凝胶改性瓦楞纸板性能研究

目的应用SiO₂气凝胶疏水隔热水性涂料对瓦楞纸板表面进行改性,探究其对瓦楞纸板力学性能、疏水性能、隔热性能的影响。方法通过机械共混和表面改性相结合的方式制备疏水隔热水性涂料,采用线棒涂布器涂布于瓦楞纸板表面,通过测试纸板表面的接触角检验疏水效果,并测试改性后纸板的边压强度、平压强度、戳穿强度和压痕强度;制备90 mm×90 mm×100 mm的隔热包装箱,通过融冰试验测试其隔热效果。结果经SiO₂气凝胶疏水隔热水性涂料改性后的纸板接触角为91.75°,提高了6.25°。改性后纸板的横向边压强度、平压强度、戳穿强度和纵向压痕强度分别提高了5.6%,0.6%,2.4%和2.7%。当SiO₂气凝胶的质量分数为2%时,改性后的纸板具有最优的隔热性能。当湿膜厚度为60μm时,与未涂布的原瓦楞纸板相比,温度可降低13.6℃结论该方法扩大了SiO₂气凝胶在包装行业的应用范围,能为未来保温包装材料提供参考。     

核壳结构SiC/SiO2纳米线的低温合成与表征

以酚醛树脂(PF)作为碳源, 纳米SiO₂为硅源, 在1300℃氩气气氛下通过碳热还原反应, 制备出具有核壳结构的SiC/SiO₂纳米线。采用X射线分析衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、拉曼光谱(Raman)对产物的组成、形貌、微观结构等进行了表征。结果表明; SiC/SiO₂纳米线长可达数毫米, 单根SiC/SiO₂纳米线由直径30 nm的β-SiC晶体为内核和厚度约12 nm的无定形SiO₂壳层组成; 室温下SiC/SiO₂纳米线的PL发光峰与β-SiC单晶的发光特征峰相比有蓝移。最后, 讨论了核壳结构SiC/SiO₂纳米线的生成机制。     

雾化溅射干燥法制备氧化石墨烯-SiO2/天然橡胶复合材料

将天然胶乳（NRL）、氧化石墨烯（GO）分散液与SiO₂悬浮液3种液体通过机械搅拌充分混合,在高压气相雾化作用下,混合液先被打散成微小液滴,形成一次破碎;该液滴后经高温金属板表面溅射爆破,形成二次破碎,达到分散效果,然后液滴被瞬间脱水干燥获得GO-SiO₂/天然橡胶（NR）母胶。GO与SiO₂在雾化、溅射和爆破作用下,在NR中达到微观分散效果。结果表明,与普通絮凝湿法混炼工艺相比,雾化溅射干燥工艺可以使GO和SiO₂在NR基体中分散更均匀。Payne效应结果表明：雾化溅射工艺减弱了GO片层与SiO₂间的相互作用。雾化溅射干燥工艺制备的GO-SiO₂/NR硫化胶的拉伸强度提高了13.6%,撕裂强度提高了31.5%,耐磨性能提高了16.7%;动态力学性能结果表明,用该工艺制备的GO-SiO₂/NR复合材料在60℃左右损耗因子更低。     

Characterization and microstructural evolution of SiC(OAl) fibers to SiC(Al) fibers derived from aluminum-containing polycarbosilane

The SiC(OAl) fibers and the SiC(Al) fibers were fabricated by the use of aluminum-containing polycarbosilane (Al–PCS) precursor. The two types of fibers have been characterized. Chemical element analysis, AES, SEM, XRD, RMS and NMR have been employed. The chemical formula of SiC(OAl) fibers is SiC_1.31O_0.25Al_0.018 with C and O rich on the surface. The microstructure of SiC(OAl) fibers is a mixture of β-SiC nanocrystals, free carbon, and an amorphous silicon oxycarbide (Si–C–O phase), which have been confirmed by an amount of SiC₂O₂, SiCO₃, SiO₄ and SiC₃O units in the ²⁹Si MAS NMR spectrum. A small quantity of aluminum is embedded uniformly in the Si–C–O amorphous continuous phase. For SiC(Al) fibers, nearly stoichiometric composition was confirmed as chemical composition of SiC_1.03O_0.013Al_0.024. The fiber is composed of a large number of β-SiC crystallites, a small amount of -SiC crystalline and SiC amorphous phase. The aluminum in the SiC(Al) fibers mainly exists in two manners: Al–C bonds connected with the surfaces of the β-SiC grains and Al–O bonds, or Al₂O₃, to the amorphous phase.     

ZnO纳米线/大孔SiO2复合物的制备及吸附性能

采用Zn(Ac)₂/聚乙二醇600(PEG600)/H₂O三元混合溶液作为前驱物,通过100~200 ℃温度范围内的两阶段加热使Zn(Ac)₂水解,再经过高温煅烧使ZnO晶种在SiO₂孔壁上形成.以锌氨络合物为锌源,在90 ℃下热分解后生成的Zn(OH)₂沉积在孔道中,并在100 ℃下利用水热合成原位制备ZnO纳米线,通过改变三元前驱物组分用量以调节ZnO晶种的尺寸与分布,进而控制纳米线的形貌,最终获得了直径为15~20 nm的ZnO纳米线,其以无规线团形貌均匀填充于三维孔道中.XRD和拉曼光谱表明纳米线为六方纤锌矿型ZnO晶体.考察了ZnO纳米线/大孔SiO₂复合物对猪胰脂肪酶的吸附性能,实验测得复合物的吸附量是单纯大孔SiO₂材料的5~6倍,其最大固定量为286.8 mg·g^-1,最高酶活为425.5 U·g^-1,被固定的酶蛋白在缓冲溶液中经过48 h浸泡不易脱落,且活性保持稳定.     

纯水体系SiO2纳米多孔材料的低成本制备与表征

以低成本工业级硅溶胶为硅源, 水为溶剂, 在常压条件下干燥后制备出纳米多孔SiO₂块体材料。在制备过程中, 采用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)来降低水的表面张力, 减少样品在干燥过程中开裂和收缩, 避免了繁琐的溶剂替换过程。所制备的SiO₂块体密度为150~260 mg/cm³, 比表面积为91~140 m²/g, 平均孔径为15~27 nm, 其室温热导率可达0.048 W/(m·K)。该方法大大缩减了制备SiO₂纳米多孔材料的成本, 并降低了操作工艺难度和危险, 将在很大程度上推动硅纳米孔材料的工业化生产与应用。     

SiO2疏松体真空烧结致密化与透明化机理研究

采用化学气相沉积方法制备出低密度、无定形的SiO₂疏松体, 通过TG-DSC、SEM、TEM、XRD、压汞法、氮气吸附法和高温熔炼观测系统等方法研究了低密度SiO₂疏松体烧结过程宏观尺度和微观结构的演化规律。结果表明: 当烧结温度为1000 ℃, 疏松体开始收缩; 烧结温度升至1200 ℃, 宏观尺度收缩完成, 收缩比为30%。当烧结温度高于1200 ℃, SiO₂小微粒开始熔化; 随着温度升至1250 ℃, 固相疏松体与液相玻璃体之间有明显的过渡界限, 气孔由连通状逐渐演变为孤立、球形闭气孔; 随着温度继续升高, 闭气孔通过粘性流动传质作用进一步收缩; 当温度达到1500 ℃时气孔完全消除, 得到透明石英玻璃体。此外, 在整个烧结过程中, 疏松体物相组成始终保持无定形态。     

深度混炼对纳米SiO2/低密度聚乙烯复合材料分散性与直流电性能影响

利用同向平行双螺杆挤出机对纳米SiO₂/低密度聚乙烯（LDPE）复合材料进行深度混炼,采用SEM、直流击穿强度试验及变温空间电荷试验研究了该工艺对纳米SiO₂/LDPE复合体系中纳米SiO₂颗粒分散性、直流击穿强度和空间电荷特性的影响,综合评估了纳米SiO₂颗粒分散性改善和纳米SiO₂/LDPE复合材料熔融状态下机械剪切降解对电性能的影响。结果表明,随着混炼次数的增加,纳米SiO₂颗粒在LDPE中分散的更加均匀;深度混炼与单次混炼相比,SiO₂/低密度聚乙烯复合材料直流击穿强度上升,室温下达到433.1 kV/mm;随着混炼次数的增加,SiO₂/低密度聚乙烯复合材料低温时抑制空间电荷能力变强,但60℃以上高温时抑制能力变差。混炼次数的增加改善了纳米SiO₂颗粒的分散性,使其与LDPE基体的界面增多,同时,纳米SiO₂颗粒还使SiO₂/低密度聚乙烯复合材料的片晶厚度增大,结晶度升高,界面区和力学性能都随着分散性改善而增加和增强,两者共同促进了SiO₂/低密度聚乙烯复合材料电学性能的改善。但是由于深度混炼引发了材料降解,结构缺陷的增多影响了纳米SiO₂/LDPE复合材料高温区的空间电荷抑制性能。