疏水SiO2气凝胶的制备及表征

以聚二乙氧基硅氧烷(PDEOS)为原料,通过六甲基二硅氮烷(HMDZ)改性剂对制备的凝胶进行表面改性,并常压干燥得到疏水的SiO2气凝胶.研究了改性剂用量对气凝胶疏水性和结构的影响.疏水气凝胶与水的接触角达120°,常压干燥制备的气凝胶具有典型的气凝胶结构特征,气凝胶颗粒尺寸＜100nm,密度和比表面积分别在140～255kg/m3和480～605m2/g范围内.     

改性剂对二氧化硅气凝胶性能的影响

本文以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,通过酸碱两步溶胶-凝胶法,常压干燥制备疏水性SiO2气凝胶。研究了两种改性剂(三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷)对二氧化硅气凝胶结构和性能的影响。对制备的气凝胶样品进行表面微观形态分析、热重差热分析、傅里叶红外分析以及比表面积分析。结果表明,通过改性制备的样品具有较好的性能,使用六甲基二硅氮烷改性得到的SiO2气凝胶密度为0.204g/cm3,接触角为128°,BET比表面积为973m2/g,平均孔径7.57nm;使用三甲基氯硅烷改性得到的SiO2气凝胶密度为0.115g/cm3,疏水性优良,接触角为158°,BET比表面积为1067m2/g,平均孔径13.40nm。综合考虑各种因素,采用TMCS进行改性制备得到的SiO2气凝胶综合性能更加优异。     

TMCS/HMDSO混合改性剂对常压制备SiO2气凝胶的影响

以TEOS为硅源,TMCS/HMDSO为混合表面改性剂,采用酸碱两步催化溶胶-凝胶法和常压干燥法制备疏水性SiO2气凝胶,并借助BET、SEM、FT-IR等测试手段对样品进行表征。结果表明:TMCS/HMDSO混合改性剂的改性效果优于单一改性剂,当TMCS体积分数为混合表面改性剂的60%,改性温度为60℃时,制备的SiO2气凝胶具有较佳的综合性能,密度为0.1213g·cm-3,比表面积高达899.8m2·g-1,孔容为2.856cm3·g-1。     

工业水玻璃制备疏水性SiO2气凝胶

以工业水玻璃为硅源,稀H2SO4为催化剂,三甲基氯硅烷(TMCS)为表面改性剂,无水乙醇和正己烷为溶剂,在常温常压下通过"两步法"成功地制备出轻质疏水性SiO2气凝胶。通过BET、FTIR、接触角测试以及SEM、EDS和TG等手段证实,所得SiO2气凝胶的比表面积为512.44~737.19m2/g,平均孔径为15.19~19.09nm,且凝胶表面-OH基团已被-OSiCH3取代,接触角高达137°,呈现出明显的疏水性和良好的热稳定性。     

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。     

常压干燥制备疏水SiO2气凝胶的影响因素分析

常压干燥制备SiO2气凝胶是近年来该领域的研究重点,工艺条件的优化是提高气凝胶性能的关键。以正硅酸乙酯为硅源,甲基三乙氧基硅烷为共前驱体,采用溶胶-凝胶法,结合老化和三甲基氯硅烷-正己烷-无水乙醇混合溶液的二次表面改性,通过常压干燥工艺制备疏水SiO2气凝胶。利用BET,FT-IR,SEM,TEM和接触角测试等手段对气凝胶进行表征,系统研究水解时间、老化时间、老化温度和改性剂用量对气凝胶性质的影响。结果表明:水解16h,凝胶于55℃下老化48h后,在三甲基氯硅烷与正硅酸乙酯的摩尔比为1.56的混合液下改性48h制备的SiO2气凝胶的性能最好,其孔隙率92%,比表面积969m2/g,接触角达157°。     

常压干燥制备疏水性SiO_2气凝胶

以正硅酸四乙酯(TEOS)为前驱体,盐酸和氨水作为催化剂,通过溶胶-凝胶法制备了SiO2醇凝胶,再利用三甲基氯硅烷(TMCS)和正己烷(Hexane)对醇凝胶进行表面改性,最后在常压条件下干燥后制备了疏水性SiO2气凝胶。采用X射线衍射、扫描电镜(SEM)、比表面积测试(BET)、傅里叶转换红外光谱(FT-IR)等测试方法对所得样品的形貌、结构及化学组成等进行了分析。结果表明,所得SiO2气凝胶比表面积可达900m2/g以上,密度200kg/m3,并且具有优异的疏水性。     

基于SiO2气凝胶的超疏水功能棉织物的制备及性能研究

以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为前驱体,通过溶胶-凝胶反应和常压干燥法实现了二氧化硅(SiO_2)气凝胶的制备;并将SiO_2气凝胶与聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合应用到棉织物上,制备了超疏水功能棉织物。分别探讨了制备SiO_2气凝胶和超疏水棉织物的主要影响因素。结果表明,在草酸与MTMS摩尔配合比为1.6×10-4∶1,凝胶化温度为40℃,老化温度为40℃条件下,制备的SiO_2气凝胶具有连续多孔微观粗糙结构,密度为106.4kg/m3,孔隙率达到95.16%。在SiO_2气凝胶用量为4%(wt,质量分数),PDMS用量为4%(wt,质量分数)条件下,整理后棉织物的接触角为156.4°,实现了超疏水性能。     

大块SiO_2气凝胶的制备及疏水性能的研究

以廉价工业水玻璃为原料,乙二醇为干燥控制化学添加剂,三甲基氯硅烷为表面改性剂,醋酸为催化剂,通过溶胶凝胶法和常压干燥技术制备出SiO2气凝胶。采用XRD、SEM和FT-IR等方法研究了醋酸浓度对SiO2气凝胶结构的影响,以及表面改性对其疏水性能的影响。结果表明:SiO2气凝胶为典型的无定型非晶态,呈现疏松多孔三维网络纳米结构。采用浓度为1.2mol/L的醋酸进行催化时,得到大块不开裂SiO2气凝胶,其表观密度为0.22g/cm3,孔隙率高达90%。当用三甲基氯硅烷对气凝胶表面进行疏水处理后,凝胶骨架表面接上了硅甲基,表现出较好的疏水性。     

滴落法制备毫米级疏水性SiO_2气凝胶球

研究了滴落法制备毫米级SiO_2气凝胶球的性能。将SiO_2气凝胶粉末(疏水角约为126°)平铺在平面上预制为载台,将水玻璃(模数n=1.8~2.3)离子交换制备出溶胶,调节pH值后分散滴落于载台上,可保持为毫米级溶胶球;凝胶化处理后,将其转移乙醇溶液老化,经溶剂交换和表面改性,常压干燥制备出毫米级疏水性SiO_2气凝胶球。SiO_2气凝胶球较好保持直径为1~2 mm球状形貌,具有滚动性;BET分析表明其比表面积约为730m2/g,其介孔为近圆柱形细长孔道,平均孔径为7~10nm;SEM显示其呈连续网络纳米孔;FT-IR表明在其制备过程枝接了—CH3,并具有良好的疏水性;DSC-TGA分析表明其在1 000℃以内热稳定性良好。     

Cu/SiO2纳米复合气凝胶的制备与表征

采用含铜硅酸乙酯(CuTEOS)进行溶胶-凝胶反应来制备高Cu含量的Cu/SiO2纳米复合气凝胶,复合气凝胶中的Cu含量可在小于66%(质量分数)的范围内调节.研究了水量、催化剂浓度、溶剂量及含铜硅酸乙酯的组成对溶胶-凝胶过程的影响.本研究中Cu/SiO2纳米复合气凝胶中粒子粒径大部分小于25nm,其孔径小于50nm,比表面积在400～650m2/g范围内.     

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.     

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.     

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.     

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。     

Synthesis of silica aerogels from waterglass via new modified ambient drying

A new modified ambient drying process for synthesizing silica aerogels cost-effectively from waterglass has been developed. Crack-free silica aerogels were obtained via solvent exchange/surface modification of wet gels using IPA/TMCS/n-Hexane solution. Silica aerogels were heated at different temperatures. The effects of heating temperature on chemical bonding state of aerogels were investigated by means of DTA and FTIR. The surface characteristic of the aerogel was hydrophobic when heat-treated under 350°C. The porosities, densities, and specific surface areas of the silica aerogels were in the range of 93–94%, 0.12–0.15 g/cm³, and 630 m²/g, respectively. Distinct spring back phenomena were observed in surface modified wet gels during drying.     

Preparation and characterization of silica aerogels from oil shale ash

The silica aerogels were successfully synthesized using oil shale ash which is a by-product of oil shale processing via ambient pressure drying. The physical and textural properties of the silica aerogels have been investigated and discussed. The results showed that the organic modification of hydrogels was a crucial step during the processing which preserved mesopores in ambient pressure drying. The unmodified hydrogel underwent tremendous shrinkage during the drying and yielded microporous silica aerogel. Using this novel route, it could produce silica aerogel with low tapping density of 0.074 g/cm³, high specific surface (909 m²/g) and cumulative pore volume of 2.54 cm³/g. From the industrial point of view, the present process is quite suitable for a large scale production of powdered silica aerogel. Furthermore, it provides a new way to solve the problem of oil shale ash pollution.     

半绝缘Si/SiO_2超晶格结构在交流电场下的电致发光特性

本文研究了SiO2和Si层的厚度分别为2-8nm和1.5-3nm的Si/SiO2超晶格在交流电场下的电致发光特性。以超晶格中SiO2层内加速的过热电子碰撞激发纳米Si层中密集的硅量子点,获得了Si/SiO2超晶格蓝绿色交流电致发光。Si/SiO2超晶格的电致发光亮度随电压升高呈现指数增强,最高发光亮度可达到1.4cd/m2。随着Si层厚度的增加,Si/SiO2超晶格电致发光谱的低能侧发光峰相对增强,可以归结为纳米Si层厚度对其中硅量子点尺寸分布的限制作用。当超晶格中SiO2层厚度小于过热电子的平均自由程时,过热电子的平均能量减小导致短波侧的发光强度迅速下降,电致发光强度随之迅速降低。     

超低密度SiO2气凝胶快速制备的新方法

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,采用酸碱二步催化溶胶-凝胶法,结合超临界干燥技术制备了超低密度SiO2气凝胶.通过采用CH3CN为稀释剂,有效地降低了胶凝温度(室温),缩短了胶凝时间,从而达到了快速制备SiO2气凝胶的目的.利用SEM、BET等方法对干燥不同程度的低密度SiO2气凝胶微结构进行了研究.