SiO_2气凝胶的合成与孔结构表征

采用溶胶-凝胶法结合超临界流体干燥技术制备了SiO2气凝胶,系统地考察了醇硅比、水硅比、体系pH值等制备条件对SiO2气凝胶胶凝时间、孔径分布及孔型结构的影响.结果表明,水硅比对气凝胶的孔径分布和孔型具有较大的影响;水用量增加.胶凝时间延长,气凝胶的孔径分布逐渐变窄,孔型趋于一致.乙醇不参与溶胶-凝胶反应,只对TEOS有助溶和稀释的作用,因此乙醇用量增加,溶胶的胶凝时间延长,但对体系反应的影响相对较小,不会引起气凝胶孔结构的剧烈改变.在较小pH值或弱碱性范围内,pH值对孔形结构的影响也比较小,体系pH值增大,胶凝时间缩短,制得的气凝胶孔径分布较窄,孔型均一.当pH值大于8.5后,不利于气凝胶网络结构的形成和均匀分布,胶凝时间随pH值的增大而延长,制备的气凝胶孔径和孔型分布都比较大.     

纳米多孔SiO2气凝胶的常压制备及应用

采用多聚硅(E-40)为前驱体摸索了用溶胶-凝胶方法制备SiO2气凝胶的不同反应条件,探索和采用了常压干燥技术.在免除了昂贵繁琐的超临界干燥过程之后,气凝胶的制备成本下降,生产效率提高,并能成规模批量生产多种规格的SiO2气凝胶.采用适当的方法将SiO2气凝胶与聚酰亚氨和无纺布等材料进行复合,制成能耐高温的柔性隔热保温薄膜和高效吸附材料.     

SiO2气凝胶/壳聚糖复合药物载体材料的制备和表征

采用常压干燥法制备了SiO2气凝胶,所得气凝胶为介孔结构,比表面积618.8m2/g,孔径分布5～20nm.以SiO2气凝胶为原料,通过静电吸附法制备了SiO2气凝胶/壳聚糖复合药物载体材料,采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)等对复合材料的结构形貌进行了分析,研究了复合材料对硫酸庆大霉素药物的担载和释放性能.结果表明,所得SiO2气凝胶/壳聚糖复合材料为多孔网络结构,其中,由450℃处理的SiO2气凝胶制得的气凝胶/壳聚糖复合材料对硫酸庆大霉素具有较好的药物担载和缓释性能.     

环境气压干燥制备多孔SiO2气凝胶的研究进展

阐述了环境气压干燥技术制备SiO2气凝胶的原理,综述了近几年环境干燥技术采取的工艺措施和研究状况,并综合评述了SiO2气凝胶的环境干燥制备及其应用前景.     

常压干燥制备SiO2气凝胶的研究

以水玻璃为硅源,采用常压干燥制备了SiO2气凝胶。研究了老化时间、老化剂种类、干燥溶剂种类以及表面改性对SiO2气凝胶结构和性能的影响。结果表明:制得的SiO2气凝胶具有良好的疏水性,密度为0.082g/cm3,孔隙率为96.26%,比表面积达到585.4m2/g。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外分析(FT-IR)、热重分析(TG)、差热分析(DTA)等对疏水型气凝胶的结构和性能进行了研究。     

水玻璃制备SiO2气凝胶微球的研究

为拓展SiO2气凝胶的应用范围和效率,弥补SiO2气凝胶微球制备技术中的不足,以水玻璃为硅源采用液滴成球工艺在单一油相中制备了直径为毫米级别的SiO2气凝胶微球,并研究了微球原始粒径和干燥工艺对其线性收缩率的影响,结果表明微球收缩率随原始粒径的减小而降低,干燥工艺不同收缩率也有差异.经三甲基氯硅烷(TMCS)表面改性后再超临界干燥的样品收缩率最小,射线衍射(XRD)和孔隙度分析仪对其测试表明为无定型结构,所有孔径均＜80nm,平均孔径为5.5nm,比表面积为181m2/g.     

酸碱条件对水玻璃为源制备SiO2气凝胶的影响

以廉价的工业水玻璃为凝胶前躯体,柠檬酸为凝胶促进剂,使用溶胶-凝胶与CO2超临界干燥工艺制备了块状的SiO2气凝胶,并探讨了酸性和碱性条件对所制备SiO2气凝胶结构与性能的影响.实验结果表明:水玻璃在酸性条件(pH≈4)和碱性条件(pH≈10)下均可以制备出完整、无开裂的二氧化硅气凝胶块体样品,酸性和碱性环境对水凝胶和最终SiO2气凝胶结构和性能的影响较大.酸性条件下获得的水凝胶呈透明块体,而碱性条件下所得水凝胶为白色不透明体.与碱性条件下制备的SiO2气凝胶相比,酸性条件下所得气凝胶具有更高的比表面积、较大的密度以及尺寸较小的胶体粒子.     

制备工艺条件对SiO2气凝胶微球粒径及其均匀性的影响

为拓展SiO2气凝胶的应用范围,克服SiO2气凝胶微球制备技术中的不足,采用搅拌成球工艺以水玻璃为硅源在单一油相中制备了直径为2～1500μm的SiO2气凝胶微球,并研究了制备工艺条件对其粒径大小及均匀性的影响.研究结果表明,各个工艺条件之间互相关联和影响,成胶时间起着关键作用.当成胶时间适中或较长时,工艺条件中只有搅拌速度对粒径大小影响显著,同时所有工艺条件都对粒径的均匀性无明显影响;而成胶时间较短时,任一工艺条件的改变都会使粒径大小及均匀性发生变化.     

逐层凝胶法制备密度渐变SiO_2气凝胶及界面研究

以正硅酸乙酯(TEOS)为有机硅源,配制不同密度的溶胶,经逐层凝胶工艺结合CO2超临界干燥技术,获得50～200mg/cm3的密度渐变SiO2气凝胶。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线相衬成像等手段对制备获得的SiO2气凝胶进行了测试表征。重点研究了不同密度层间界面的情况,发现相邻两层SiO2气凝胶颗粒堆积的紧密程度不同,在界面处存在一定的互扩散。进一步对连续密度梯度SiO2气凝胶的制备提出了展望。     

莫来石纤维增强SiO2气凝胶复合材料的制备及性能研究

以正硅酸乙酯为硅源,采用溶胶-凝胶及超临界干燥技术制备了掺杂莫来石纤维的SiO2气凝胶复合材料,并对材料的热学性能和力学性能进行了测试,结果表明:SiO2气凝胶复合材料的热导率与其密度、温度和纤维添加量有关;添加莫来石纤维可以明显提高SiO2气凝胶的弹性模量和机械强度,改善材料的力学性能;莫来石纤维添加量控制在3%左右可以使SiO2气凝胶材料保持较低的热导率和较高的机械强度.     

Preparation and Characterization of Silica Aerogels Derived from Ambient Pressure

Silica aerogels were prepared by sol-gel technique from industrial silicon derivatives (polyethoxydisiloxanes, E-40), followed by silylation and drying under ambient pressure. The specific surface area, pore size distribution and thermal conductivity of the silica aerogels were investigated and the results showed that the diameter of the silica particles is about 6 nm and the average pore size of the silica aerogels is 14.7 nm. The specific surface area of which is about 1000 m2·g-1 and the thermal conductivity is about 0.014 wm-1·K-1 at room temperature and pressure of 1.01×105 Pa. The Si-CH3 groups were also detected on the internal surface of the silica aerogels, which show hydrophobic. Silica aerogels derived by this technique is low cost and have wide applications.     

二氧化硅气凝胶合成新工艺

以Ｅ－４０（多聚硅氧烷）为硅源,以ＨＦ为催化剂,用溶胶－凝胶法制备出了ＳｉＯ２气凝胶法时研究了催化剂、溶剂、水等制备因素对其溶胶－凝胶过程的影响,用孔径分布测定仪、透射电镜（ＴＥＭ）、比表面测试（ＢＥＴ）等方法对其微结构进行了研究。研究结果表明,ＨＦ的加入大大加束字溶胶－凝胶反应速度;ＢＥＴ以及ＴＥＭ测试结果表明所制备的ＳｉＯ２气凝胶具有大的比表面积和纳米多孔结构（骨架颗粒约为１０纳米,孔洞尺政变     

疏水型SiO2气凝胶

以多聚硅为硅源,通过溶胶-凝胶、表面修饰及超临界干燥过程制备出了疏水型ＳｉＯ_２气凝胶．表面修饰后ＳｉＯ_２气凝胶孔洞由修饰前的２３．１ｎｍ减小到１８．２ｎｍ;比表面积由修饰前的 ４７７ｍ２ｇ^－１增加到 ５６３ｍ２ｇ^－１,骨架颗粒比修饰前略大,饱和水蒸汽吸附量由吸附前的０．０４（重量比）降低到０．００１２,且与水不浸润．     

以甲基三乙氧基硅烷为原料制备疏水性整体气凝胶的研究

以甲基三乙氧基硅烷(MTES)为原料,通过两步水解以及超临界干燥制备疏水性整体气凝胶,通过改变凝胶形成过程中的酸碱浓度、原料比例等因素,制备孔结构特性不同的气凝胶。通过对气凝胶样品进行BET分析仪、压汞仪、热重分析仪和透射电镜等分析,考察各种因素对气凝胶孔结构的影响。     

粒子型块状TiO_2气凝胶的制备与表征

以钛酸丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法和超临界干燥,成功制备了酸催化的粒子型块状TiO2气凝胶,并用BET、TEM、SEM、IR等仪器对其结构性能进行了表征。结果表明,该气凝胶具有较高的比表面积(713.9m2/g)和较低的密度(最低为35mg/cm3),网络分布不均匀,孔径较小,孔径分布主要集中在10～25nm。红外光谱表明,该气凝胶是由钛的羟基氧化物组成,不存在碳氧键。     

疏水型SiO2气凝胶

以多聚硅为硅源,通过溶胶、凝胶、表面修饰及超临界干燥过程制备出了疏ｉＯ２气凝胶,表面修饰后ＳｉＯ２气凝胶孔洞由修饰前的２３．１ｎｍ减小到１８．２ｎｍ,比表面积由有的４７７ｍ＾２ｇ＾－１增加到５６３ｍ＾２ｇ＾－１,骨架颗粒比修饰前略大,饱和水蒸汽吸附量由吸附前的０．０４（重量比）降低到０．００１２,且与水不浸润。     

炭二氧化硅复合气凝胶的合成及结构分析

将二氧化硅溶胶和间苯二酚-甲醛溶液混合,经溶胶凝胶反应得到复合湿凝胶. 再经超临界干燥和炭化得到炭-二氧化硅复合气凝胶. 分别用氢氟酸刻蚀和空气烧蚀复合气凝胶中的二氧化硅和炭,得到结构完整的炭气凝胶和二氧化硅气凝胶. 复合湿凝胶经常压干燥、炭化和氢氟酸刻蚀能得到炭干凝胶. 利用透射电镜和低温氮气吸附对上述凝胶的微结构进行了表征. 结果表明：复合气凝胶中,炭和二氧化硅纳米网络各自连续并相互嵌套. 由于二氧化硅纳米网络的支撑作用,复合凝胶在超临界干燥和高温炭化过程中体积收缩减小,网络塌陷降低. 所得炭气凝胶具有高比表面（934m²/g）和高孔容（3.9cm³/g）的特点.     

常压制备低孔径高比表面积疏水SiO2气凝胶

以正硅酸乙酯为先驱体,丙三醇为干燥控制化学添加剂(DCCA),通过酸碱两步溶胶-凝胶法制备了二氧化硅气凝胶,同时利用六甲基二硅氮烷(HMDZ)和正己烷的混合液对湿凝胶进行表面疏水改性。测试分析了所制备气凝胶的密度、疏水性、比表面积和形貌。结果表明,经过表面改性的SiO2气凝胶具有良好疏水性,与水的接触角约为139.4°,比表面积为952m2/g,平均孔径为5～10nm,孔隙率达94.2%,且其密度仅为0.127g/cm3。     

Microstructural characterization of silica aerogels using scanning electron microscopy

In this paper the experimental results of microstructural characterization of silica aerogels using scanning electron microscopy (SEM) are reported. In order to understand the reasons for shrinkage, opacity and cracking of the aerogels, detailed SEM observations have been made on the aerogels prepared using various molar ratios of precursors, catalysts and solvents; gel ageing periods and supercritical drying conditions. It has been observed that strong acidic catalysed gels resulted in smaller pore and particle sizes, and hence more transparent but readily cracked aerogels; whereas weak-basic catalysed gels gave larger pore and particle sizes, and hence slightly less transparent and monolithic aerogels. Microstructures of very low density (0.05 gm cm^–3) gels indicate that the gels form a highly crosslinked polymer network and, then, the spherical particles form on the network at higher aerogel densities. Gel ageing resulted in neck growth between SiO₂ particles. Precise control of pore and particle sizes using sol-gel parameters have been found to be necessary in order to obtain highly transparent and monolithic silica aerogels. In addition, autoclave heating and solvent evacuation rates of around 25°Ch^–1 and 4 cm³ min^–1, respectively, resulted in the best quality silica aerogels in terms of monolithicity and transparency.     

利用粉煤灰常压干燥合成SiO2气凝胶的研究

为了实现粉煤灰回收利用的新途径,研究了一种利用粉煤灰为硅源常压干燥合成SiO2气凝胶的工艺.通过正交实验研究粉煤灰与氢氧化钠反应生成水玻璃的最佳工艺条件;所得水玻璃溶液通过硫酸催化或树脂交换碱催化法获得水凝胶,利用三甲基氯硅烷/乙醇/正己烷对水凝胶进行改性处理,在常压干燥下制备了SiO2气凝胶.利用BET、SEM和FTIR对气凝胶的微观结构及性质进行了研究,结果表明,所得气凝胶的比表面积为362.2～907.9m2/g、孔体积为0.738～4.875cm3/g、平均孔径为7.69～24.09nm,其中树脂交换碱催化法所得气凝胶的比表面积可达907.9m2/g,孔体积达4.875cm3/g.