硅酸铝纤维增强SiO_2气凝胶复合材料的力学与隔热性能研究

SiO_2气凝胶由于其独特的纳米多孔结构而具有优异的保温隔热性能,但其力学性能较差限制了其在很多工业领域内的应用。以硅酸铝纤维作为增强材料,采用溶胶凝胶法以及常压干燥法制备出完整的块状硅酸铝纤维/SiO_2气凝胶复合隔热材料,并分别用电子万能试验机、SEM、热导率测试仪、BET等检测方法表征了该复合隔热材料的性能。结果显示,纤维的加入提供了一种新的能量消耗机制,硅酸铝纤维/SiO_2气凝胶复合隔热材料的力学性能明显优于纯气凝胶材料。该复合材料的比表面积和平均孔径分别为383.5 m2/g和8.4 nm,孔隙率高达87%,是典型的介孔材料,热导率低至0.02 W/(m·K)~0.04W/(m·K),具备良好的保温隔热性能。     

Ce-N共掺杂TiO_2/纤维素气凝胶的制备及光催化性能

以微晶纤维素为原料,NaOH/尿素体系为溶剂,制备纤维素水凝胶。以钛酸四丁酯、硝酸铈等为原料,与纤维素水凝胶复合,制备Ce及Ce-N共掺杂TiO_2/纤维素复合气凝胶。采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对其进行表征,并采用吸附亚甲基蓝的方法对其光催化性能进行测试。研究结果表明Ce-N共掺杂TiO_2/纤维素复合气凝胶为白色固体。XRD和FT-IR分析结果表明复合气凝胶内含有钛元素。SEM分析结果表明复合气凝胶仍具备纤维素气凝胶的三维网状结构,孔隙变小。光催化及紫外分析结果表明掺铈提高了纤维素气凝胶原有的光催化性能,且Ce/Ti质量比为4%时光催化效果最好。     

疏水纤维素/氧化铁复合气凝胶的制备和表征

利用Na OH/尿素体系对微晶纤维素进行溶解,得到再生纤维素溶液。通过溶胶凝胶法共混氧化铁溶液制备纤维素/氧化铁复合气凝胶。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对纤维素/氧化铁复合气凝胶进行表征分析,分析结果表明氧化铁掺杂在纤维素气凝胶里,纤维素/氧化铁复合气凝胶呈现网状结构,氧化铁的添加并没有影响纤维素气凝胶的微观形貌。利用十八烷基三氯硅烷(OTS)对纤维素/氧化铁复合气凝胶进行疏水改性,接触角测试结果表明改性纤维素/氧化铁复合气凝胶均达到疏水状态。     

疏水纤维素/SiO2复合气凝胶的制备和表征

以微晶纤维素和正硅酸乙酯(TEOS)为原料,通过溶胶-凝胶法制备了4种再生纤维素/SiO₂复合气凝胶,并利用十八烷基三氯硅烷(OTS)对复合气凝胶进行疏水改性,利用X射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等对4种再生纤维素/SiO₂复合气凝胶及其疏水改性产物进行表征分析。结果表明:4种再生纤维素/SiO₂复合气凝胶均为白色固体,密度范围43.6~50.7 mg/cm³;XRD、EDS和FT-IR分析表明4种再生纤维素/SiO₂复合气凝胶中均含有硅元素,疏水纤维素/SiO₂复合气凝胶中均含有硅、氯元素;SEM分析表明4种再生纤维素/SiO₂复合气凝胶及其改性产物均呈现三维网状结构,改性产物的三维网状结构的孔隙变小。疏水纤维素/SiO₂复合气凝胶的接触角测试结果表明,4种样品接触角均大于90°,达到疏水状态,且随着TEOS用量的增加,接触角逐渐增大(最大接触角144.5°),疏水性能提高。     

芳纶复合纳米纤维气凝胶的制备及其性能研究

将SiO_2纳米粒子加入到由去质子化方法制备的芳纶纳米纤维分散液中,制备芳纶复合纳米纤维气凝胶。通过一系列表征测试,分析了无机纳米粒子添加的芳纶复合气凝胶的力学性能、热性能和燃烧性能。试验结果表明:制得的复合纳米气凝胶的密度为5.6 mg/cm~3,在80%压缩应变下可承受280 kPa的应力,并且具备低导热系数[27.0 mW/(m·K)],热释放峰值仅为11.12 W/g;芳纶复合纳米纤维气凝胶属于离火自熄灭材料,具有优异的阻燃防火性能。     

硅酸铝纤维和玻璃纤维复合二氧化硅气凝胶材料的制备与性能

分别以硅酸铝纤维和玻璃纤维为骨架材料,采用溶胶-凝胶、常压干燥制得纤维复合二氧化硅气凝胶材料,并对材料进行了结构和性能的测试分析。结果表明,二氧化硅气凝胶附着于纤维表面,提高了材料力学强度。硅酸铝纤维复合二氧化硅气凝胶材料的隔音性能优于玻璃纤维复合二氧化硅气凝胶材料。两种纤维复合二氧化硅气凝胶材料耐高温、燃烧性能均达到A级。硅酸铝纤维复合二氧化硅气凝胶材料和玻璃纤维复合二氧化硅气凝胶材料的产烟毒性分别为AQ₁级和AQ₂级,导热系数分别为0.034 W/（m·K）和0.033 W/（m·K）。     

毛竹NFC/SiO_2气凝胶的制备和疏水改性

以毛竹为原料,高压均质法制备纳米纤丝化纤维素(NFC),再采用溶胶―凝胶法制备NFC/二氧化硅(SiO_2)气凝胶。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)等对其进行表征,通过改变正硅酸乙酯/无水乙醇的体积比获得样品微观形貌较佳的反应工艺条件,并采用十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液对NFC/SiO_2气凝胶进行疏水改性,用接触角测量仪测试改性NFC/SiO_2气凝胶的疏水性能。研究结果表明NFC/SiO_2气凝胶在正硅酸乙酯/无水乙醇体积比为1.25%时,二氧化硅复合效率高,且所获得的气凝胶形貌较好,二氧化硅以颗粒的形式附着在纳米纤丝化纤维素表面。改性NFC/SiO_2气凝胶接触角为132°,达到疏水状态。     

基于气凝胶保温涂料的复合保温结构研究及应用

本文以纳米气凝胶、 TiO₂、SiO₂、SiC三种隔热粉体作为填料，氧化铝纤维和硅酸铝纤维作为增强材料，有机-无机复合胶体作为粘结剂，制备了纳米气凝胶保温涂料。考查了气凝胶用量对涂料的干密度、隔热性能和导热系数的影响。结果表明：粘结剂量为 35%、纤维总加入量为 25%（氧化铝纤维和硅酸铝纤维质量比 1∶1）、填料量为 40%（TiO₂、SiO₂、SiC粉体质量比例为 2∶1∶1且保持与气凝胶量的总和占涂料的 40%），当气凝胶量为 15%时，涂料的导热系数为 0.04 W/m.K，干密度为 158 kg/m³，涂料的隔热性能最好。以纳米气凝胶保温涂料为基础，研究了一种适用于稠油热采蒸汽管保温的复合保温结构，将耐热纤维层、保温涂料层和金属外壳进行复合，这一复合保温结构成功应用在稠油注蒸汽管道外层保温改造项目中。与原有保温结构相比，年估算节能量约为 94.8 t标准煤，有效提高了稠油热注蒸汽管线的保温效果。     

纤维素/硅藻土复合气凝胶球的制备及其吸附性能的研究?

以碱脲试剂作为溶解体系,采用冷冻干燥法制备出不同质量分数的纤维素/硅藻土复合气凝胶球,并通过扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)检测手段对复合气凝胶进行表征。结果表明复合气凝胶内部仍呈现出疏松多孔的三维网状结构,硅藻土附着在纤维素链上,同时复合气凝胶具有纤维素Ⅱ型特征峰。此外考察了硅藻土含量、亚甲基蓝溶液浓度以及pH对复合气凝胶吸附性能的影响,结果表明在最佳条件下,复合气凝胶对亚甲基蓝的最大吸附量可达71.942 4 mg/g,吸附过程满足伪二级动力学方程学。     

块状纤维素-SiO2复合气凝胶的常压制备及其表征

利用NaOH/硫脲/H2O体系作为溶剂,通过对正硅酸乙酯(TEOS)水解-缩聚反应速率的调控,采用浸泡法获得了纤维素-SiO2复合水凝胶。在水凝胶的干燥过程中,采用乙醇溶剂替换和TEOS溶液浸泡、陈化的方法,制备了纤维素-SiO2复合气凝胶。TEOS水解pH=3、缩聚反应氨水用量为8 mL时,SiO2复合效率最高。在复合气凝胶的结构中,TEOS以SiO2球状颗粒及硅凝胶层的形式与纤维素气凝胶复合。研究为块状纤维素-SiO2复合气凝胶提供了一种有效、简单的制备方法。     

纤维素/超细氧化锌复合气凝胶的制备及抗菌性能研究

通过碱法先将纤维素（CE）溶解,破坏其氢键,再通过交联技术和冷冻干燥技术制备得到具有很好成形性和柔韧性的纤维素气凝胶。将纤维素气凝胶与溶剂热法制备的超细氧化锌（ZnO）通过浸泡法进行复合,得到了CE/ZnO复合气凝胶。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和元素能量散射（EDS）技术对复合气凝胶进行了结构表征,证明了两者的复合是成功的。对复合气凝胶的抗菌性能进行研究,结果表明：随着ZnO用量的增加,复合气凝胶的抗菌性能也在提高。当纤维素气凝胶与ZnO的质量比为1:2时,所得复合气凝胶CE/ZnO-020抗菌效果达到最好,抗菌率达到95.25%。     

纳米SiO_2气凝胶-纤维复合绝热材料的制备及其在陶瓷窑炉结构中的应用

论文分析了多功能纳米材料——气凝胶的应用现状,采用二步法-非超临界干燥条件下制备纳米孔SiO_2气凝胶以及纳米SiO_2气凝胶-纤维复合材料,结合气凝胶-纤维复合材料独特的低导热系数及绝热性能,分析其在陶瓷窑炉结构设计及节能应用中的良好效果。     

氧化石墨烯/氨基硅氧烷复合气凝胶的制备与性能研究

以氨基硅氧烷、烷基硅氧烷和石墨烯氧化物(GO)为原料,经溶胶-凝胶-冷冻干燥法一锅法制备了一种新型氧化石墨烯/氨基硅氧烷复合气凝胶——本征氨化硅基复合气凝胶;利用红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)、比表面积分析(BET)、热重分析(TG)、CO_2吸附量测试(Quantity Adsorbed of CO_2)对所得气凝胶进行了结构表征确证及性能测试。所得复合气凝胶具有双互穿网络结构,含GO氨化硅基气凝胶样品热分解温度在470℃,无GO氨化硅基气凝胶样品热分解温度为360℃。两者均有较高的热稳定性。在273 K,相对压力为0.033时,无GO氨化硅基气凝胶样品CO_2吸附量为11.60 mg·g~(-1),含GO氨化硅基气凝胶样品CO_2吸附量为11.92 mg·g~(-1)。     

SiO_2气凝胶的制备及性能表征

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,采用酸碱两步法来制备SiO_2气凝胶,从溶胶-凝胶反应原理出发,分别研究用水量、乙醇用量以及反应温度对凝胶时间的影响,从而确定溶胶-凝胶反应的基础配比。在此基础上,研究干燥化学控制剂用量对凝胶时间和开裂程度的影响,并采用多种材料分析手段对SiO_2气凝胶进行测试分析。结果表明,制备得到SiO_2气凝胶具有三维纳米多孔结构且无裂纹,比表面积576.64 m~2/g,接触角145°。     

细菌纤维素-二氧化硅复合气凝胶纤维的制备及性能研究

气凝胶因为自身具备的高孔隙率、低密度、大的比表面积等特性使其具有很多优异的性能。但目前气凝胶因为其自身差的力学性能导致了其产品主要以粉末、块体、气凝胶毡形态存在,这限制了气凝胶的应用场景。为丰富气凝胶的形态并拓宽其应用场景,本工作尝试以偏硅酸钠为硅源,通过二次塑形后的原位溶胶凝胶法及冷冻干燥工艺制备细菌纤维素-二氧化硅复合气凝胶纤维。通过对线状细菌纤维素进行二次塑形提升细菌纤维素-二氧化硅复合气凝胶纤维的力学性能。通过调控偏硅酸钠的用量制备不同特性的细菌纤维素-二氧化硅复合气凝胶纤维。对样品进行了扫描电镜(SEM)、力学性能、比表面积分析测试(BET)、隔热性能。结果表明:制得的产品密度不超过0.28g·cm-3,抗拉强度最高可达4.5 MPa。当偏硅酸钠的用量为20 wt%时,产品具备最佳的隔热性能:热源温度为150℃时,样品表面比热源降低约45℃。     

掺铈TiO_2/纤维素复合气凝胶的制备及表征

以微晶纤维素为原料,NaOH/尿素体系为溶剂,制备纤维素水凝胶。以钛酸四丁酯、硝酸铈等为原料,与纤维素水凝胶复合,制备掺铈TiO_2/纤维素复合气凝胶。掺铈TiO_2/纤维素复合气凝胶的宏观形貌为圆柱形。通过傅里叶变换红外(FT-IR)光谱分析,初步判断掺铈TiO_2/纤维素气凝胶已复合完成。     

细菌纤维素/热塑性聚氨酯复合气凝胶纤维制备及性能

使用绿色有机材料细菌纤维素(BC),并掺杂增强材料热塑性聚氨酯弹性体(TPU)经过湿法纺丝制备复合气凝胶纤维,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射光谱(XRD)、热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、全自动比表面孔隙度分析仪和单丝强力仪对制备的气凝胶纤维进行结构分析和性能表征,结果表明复合气凝胶纤维具有多孔结构,良好的力学性能和隔热性能,断裂强度达到24.69Mpa,断裂伸长为38.54%。     

HNTs/SiO2粘土复合气凝胶保温砂浆的制备及性能研究

采用正硅酸乙酯为硅源,以改性的纤维状粘土埃洛石纳米管(HNTs)为增强相,利用常压干燥技术制得具有良好力学与隔热性能的HNTs/SiO2粘土复合气凝胶.将复合气凝胶作为轻骨料与砂浆复合,获得轻质隔热的保温砂浆.利用扫描电镜、压力试验机和导热仪对保温砂浆的微观形貌和性能进行表征.结果 表明:HNTs/SiO2粘土复合气凝胶呈现三维网状结构,与水泥界面结合紧密.当复合气凝胶掺量为50vol％时,HNTs/SiO2粘土复合气凝胶保温砂浆的抗压强度和抗折强度分别为10.4 MPa、1.3 MPa,导热系数为0.089 W/(m·K),相比于添加纯SiO2气凝胶的砂浆,抗压强度与抗折强度的增幅分别为33％、18％,导热系数上升了7％.     

预氧化纤维毡增强SiO_2气凝胶复合材料的制备及其性能研究

以无水乙醇、正硅酸乙酯(TEOS)为原料,聚丙烯腈预氧化纤维毡为增强体,通过溶胶-凝胶、低温超临界干燥等工艺制备了SiO_2气凝胶复合材料。SiO_2气凝胶的纳米骨架结构减少了固态热传导,纳米级孔洞减少了气体热传导和对流传热,另外聚丙烯腈纤维减少了辐射传热。所制备的SiO_2气凝胶复合材料具有良好的隔热性能,其25℃和200℃的导热系数分别为0.0181 W/(m2·K)和0.0236 W/(m2·K)。纤维毡提供了力学支撑,力学性能得到了提升。     

纤维素/聚氨酯复合气凝胶的制备

以LiOH/尿素（urea） /H2O溶液体系制备的再生纤维素为凝胶骨架,HDI三聚体（N3300）为单体,二月桂酸二丁基锡（DBTDL）为催化剂,原位生成了纤维素/聚氨酯（PU）复合凝胶,再冷冻干燥得到纤维素/PU复合气凝胶.通过红外光谱分析（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、N2吸附-脱附、压缩试验对其结构和性能表征.结果表明：纤维素和N3300反应,改变了纤维素的物理和化学结构;N3300浓度增加,与纤维素骨架反应程度增加,复合气凝胶的力学性能增加,SBET和孔隙率减小,密度增加;N3300用量适宜时,可实现复合气凝胶综合性能的平衡.