TiO_2-SiO_2复合气凝胶涂层的制备和光催化性能

利用TiCl4和工业水玻璃为原料,通过溶胶凝胶法制备TiO2-SiO2复合凝胶,用三甲基氯硅烷(TMCS)/乙醇(EtOH)/正己烷(Hexane)混合溶液对湿凝胶进行改性,常压干燥制备了TiO2-SiO2气凝胶,经150℃干燥所得的气凝胶具有多孔结构,获得的气凝胶比表面积达到646～816m2/g,孔体积达到1.52～2.19cm3/g。用乙醇作为分散剂,将气凝胶块体研磨成具有一定黏度的浆料,采用丝网印刷法制成TiO2-SiO2复合气凝胶涂层。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和孔径及比表面积分析仪(BET)对复合气凝胶的结构、形貌和孔性质进行了研究,通过分光光度计法分析了TiO2-SiO2复合气凝胶涂层光催化降解罗丹明B的性能,在可见光下照射4h后降解率达到77%。     

Synthesis and characterization of silica aerogels by a novel fast ambient pressure drying process

Using cheap waterglass as silica source, silica aerogels were synthesized via a novel fast ambient drying by using an ethanol/trimethylchlorosilane (TMCS)/Heptane solution for modification of the wet gel. One-step solvent exchange and surface modification were simultaneously progressed by immersing the hydrogel in EtOH/TMCS/Heptane solution, in which TMCS reacting with pore water and Si–OH group on the surface of the gel, with ethanol and heptane helping to decrease the rate of TMCS reacting with pore water and extrude water from gel pores. The synthesized silica aerogel was a light and crack-free solid, with the density of 0.128–0.136 g/cm³ and 93.8–94.2% porosity. The microstructure, morphology and properties of the aerogels were studied by FTIR, SEM, TEM and BET measurement. The results indicate that silica aerogels exhibit a sponge structure with uniform nano-particle and pores size distribution. The specific surface areas of silica aerogels are 559–618 m²/g. And there is an obvious Si–CH₃ group on the surface of the silica aerogel.     

太西煤基新型功能炭材料的制备及其电化学性能

以宁夏太西煤高温直流电煅炉制备的煤基石墨为原料,利用Hummers氧化法制备了氧化石墨,然后分别采用水热法和高温膨胀法制备了煤基三维石墨烯气凝胶(3D-GA)和煤基膨胀石墨(EG)两种新型功能炭材料,并通过FTIR,XRD和SEM对其进行了表征,利用电化学工作站对其电化学性能进行了测试和比较。结果表明:在电流密度500 mA/g下,3D-GA和EG的比电容分别为206 F/g和214 F/g,相比煤基石墨烯粉体(G)的比电容113 F/g,分别提高了82.3%和89.4%;充放电循环1000圈后,3D-GA和EG的比电容保持率分别为95.1%和101%,3D-GA和EG均表现出良好的循环稳定性。     

硅烷偶联剂改性玻璃纤维增强硅气凝胶的研究

为了达到增强硅气凝胶力学性能的目的,采用硅烷偶联剂KH550与KH560二步改性接枝玻璃纤维,进而制备纤维增强硅气凝胶。利用扫描电子显微镜、红外光谱仪、比表面及孔径分布仪、热重-差热分析仪、导热系数仪、电子动静态疲劳试验机等对其表征。实验结果表明：硅烷偶联剂改性玻璃纤维与硅气凝胶复合后网络结构更加均匀、骨架强度更加稳定、孔径多在30 nm以下、具有良好的热稳定性;同时,改性玻璃纤维的最佳添加量为20%（质量分数）,此时其密度为0.167 g/cm³,导热系数为0.018 5 W/（m·K）,接触角为127°,抗弯强度为1.042 MPa,抗压强度为0.669 MPa,达到预期实验目的。     

聚酰亚胺/SiO_2纳米复合抗原子氧气凝胶的合成与性能

以3,3′,4,4′-联苯四酸二酐(sBPDA)和2,2′-二甲基-4,4′-二氨基联苯胺(DMBZ)为聚合单体,八(氨基苯基)聚倍半硅氧烷(OAPS)为交联剂,SiO2纳米粒子为填料,采用超临界二氧化碳干燥工艺制备了一系列聚酰亚胺(PI)/SiO2纳米复合气凝胶(CPIA-SiO2-0~CPIA-SiO2-7)。研究表明:SiO2纳米粒子的引入对PI气凝胶的耐热性能未产生显著的影响。然而,随着SiO2纳米粒子含量的增加,PI气凝胶的孔隙率从89.6%逐渐降低至79.4%,BET表面积也随之从425.5m2/g降低至380.2m2/g,纳米泡孔孔径分布呈现出变宽的趋势。SiO2的引入显著提高了PI气凝胶的抗原子氧侵蚀能力,含量为7%(质量分数,下同)的PI/SiO2复合气凝胶CPIA-SiO2-7的原子氧侵蚀率(2.6%)仅为不含SiO2气凝胶CPIA-SiO2-0的原子氧侵蚀率(12.3%)的1/5左右。     

轻质磁性炭气凝胶的制备及电磁吸波性能研究

目的 提高炭气凝胶材料电磁吸波性能。方法 以氢氧化钠或氨水为共沉淀剂制备不同尺寸的Fe3O4颗粒,并加入间苯二酚-甲醛溶液的预聚物中,充分搅拌后快速凝胶,经老化、超临界干燥、碳化等工艺制备Fe3O4/炭气凝胶复合材料。利用SEM、TEM、激光粒度分析仪、比表面及微孔分析仪、振动样品磁强计对Fe3O4及复合材料的微观结构和静磁性能进行表征,并对复合材料的吸波性能进行分析。结果 Fe3O4/炭气凝胶复合材料具有丰富的三维网络结构,Fe3O4颗粒在炭气凝胶中呈离散性分布。Fe3O4颗粒粒径越小,Fe3O4/CA的饱和磁化强度越大,75 nm-Fe3O4/CA的饱和磁化强度最大,达到29.26 emu.g^–1;当Fe3O4粒径为75 nm时,复合材料在厚度为2.1 mm时的最小反射损耗值可达–52.43 dB;当Fe3O4粒径为120 nm时,复合材料在厚度为2.5 mm时的有效吸收带宽高达6.98 GHz。结论 Fe3O4纳米颗粒粒径对复合材料介电损耗能力和阻抗匹配有显著影响,进而影响复合材料的吸波性能。大粒径的Fe3O4颗粒会破坏炭气凝胶的三维导电网络结构,从而降低复合材料的介电损耗能力。小粒径的Fe3O4颗粒可有效改善复合材料的阻抗匹配性能。     

硬硅钙石-SiO_2气凝胶复合纳米孔超级绝热材料在钢结构防火中的应用探讨

将具有中空结构的硬硅钙石二次粒子和具有纳米孔结构的SiO2气凝胶用真空复合技术将其制备成具有良好绝热性能的绝热材料。用此材料包覆钢构件的防火保护方法具有防火涂料无法比拟的优点,是一种理想的钢结构耐火保护方式。介绍了该防火板的生产工艺、防火原理及施工方法,探讨了这种防护方法的特点及推广前景。     

Novel silica-modified boehmite aerogels and fiber-reinforced insulation composites with ultra-high thermal stability and low thermal conductivity

Alumina–silica composite aerogels have drawn vast attention due to their enhanced thermal stability compared to pristine alumina aerogels. However, they are generally weakly-crystallized and tend to experience inevitable sintering and significant surface area loss especially above 1200 °C. In this study, we developed a hydrothermal treatment and supercritical drying strategy for synthesizing novel, well-crystallized, silica-modified boehmite aerogels and fiber-reinforced composites. For the prepared aerogel, network coarsening was significantly hindered and the α-Al₂O₃ transition was completely prevented even at 1400 °C. As a result, the aerogel exhibits extremely high surface area maintenance (87 % and 53 % after 1300 °C and 1400 °C calcination, respectively) and low linear shrinkage (14 % after 1300 °C calcination) at elevated temperatures. The composite with good toughness shows excellent heat resistance and thermal insulating performance up to 1500 °C. These findings provide a general, direct new idea to improve the thermal tolerance of alumina-based aerogels and extend their applications to higher temperatures.     

二氧化硅气凝胶常压干燥工艺的研究进展

二氧化硅气凝胶因具有低密度、高比表面积、稳定的物理化学性质等特性在吸附分离、隔热保温等领域表现出巨大的应用潜力。但长耗时、高成本的制备工艺限制了它的发展,尤其是湿凝胶向气凝胶转变的干燥工艺。本文介绍了二氧化硅气凝胶在常压干燥的过程中面临的主要难点及解决方法,虽然常压干燥方法工艺简单、过程安全、对设备要求低且可连续制备,成为近年来的研究热点,但也存在制备周期长、体积收缩大、需要消耗大量有机溶剂和改性剂等不足。文中从凝胶基体增强与优化、降低毛细管力与减少不可逆收缩两种角度,介绍了二氧化硅气凝胶常压干燥的改进方法及其发展现状,分析归纳了不同改进方法的优缺点,总结了二氧化硅气凝胶常压干燥目前面临的技术挑战。并且,立足于目前二氧化硅气凝胶基体增强和表面改性技术发展的趋势,对今后二氧化硅气凝胶常压干燥过程中结构可控、成本降低以及产品多功能化的发展路线进行了展望。     

聚酰亚胺气凝胶制备、性能及应用进展

聚酰亚胺气凝胶具有高比表面积、低密度、低热导率等优点,但是存在易吸湿、收缩率大且在制备过程中大量使用有机溶剂以及使用价格昂贵的化学交联剂等问题。本文主要介绍了目前聚酰亚胺气凝胶的制备方法、性能及其应用,重点综述了二酐与二胺缩合反应法、异氰酸酯法、开环易位聚合法。简述了几种方法的制备原理,同时也总结了聚酰亚胺气凝胶在隔热、抗辐射、油水分离、过滤等领域应用的研究进展。最后,对聚酰亚胺气凝胶的制备方法及实际应用进行了总结与评价,提出在今后的研究工作中要以解决易吸湿、收缩率大、探索其他类型交联剂作为重点。并且,立足于目前聚酰亚胺气凝胶及其复合材料的发展趋势,对今后聚酰亚胺气凝胶新的存在形态、新的应用领域进行了展望。