石墨烯气凝胶/环氧树脂复合材料的制备及导电性能

以氧化石墨烯为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了石墨烯气凝胶（GA）,然后通过超声混合的方式将GA与环氧树脂（EP）复合,制备了GA/EP复合材料。利用扫描电镜、N₂吸附测试、X射线光电子能谱和X射线衍射对GA的结构进行了表征,并研究了添加不同质量分数的GA对GA/EP 复合材料的热性能和导电性能的影响。结果表明,GA具有丰富的孔结构,其骨架是由石墨烯无规则堆积在一起形成的三维网格结构。经过高温热还原处理后,GA的比表面积增加到731.84 m²·g^-1,组成其骨架的石墨烯的层间距缩小至0.347 nm,且绝大部分的含氧基团已经被除去。DMA和电导率测试结果表明,随着GA质量分数的增加,GA/EP复合材料的玻璃化转变温度呈现先升高后降低的变化趋势,而其电导率则呈现逐渐增加的趋势,逾渗阈值在0.05%~0.3%之间。     

柔性气凝胶材料的制备及应用研究进展

气凝胶是一种纳米级多孔固体材料,具有高比表面积、极高的孔隙率、极低的密度、极低的热导率等优点,但也存在脆性高、柔韧性差的问题。近年来,具有良好压缩回弹特性和抗弯折性能的柔性气凝胶克服了传统气凝胶柔韧性差的缺点,受到研究人员的广泛关注。本文首先概括了柔性气凝胶的种类,根据气凝胶材料组成成分的不同,将其分为氧化硅柔性气凝胶、碳基柔性气凝胶、生物质柔性气凝胶和纤维质柔性气凝胶;然后,系统总结了柔性气凝胶常用的制备方法,如溶胶-凝胶、老化、干燥等工艺,对比分析了不同制备工艺生产的气凝胶在性能上的差异;此外,介绍了柔性气凝胶在环保、光学、生物医学、柔性电子传感器以及航空航天等领域的应用;最后对柔性气凝胶的发展做了总结和展望。     

含柔性链EP/SiO2-TiO2纳米复合材料的制备

以聚乙二醇(PEG-2000)、甲苯二异氰酸酯(TDI)为原料合成预聚体。然后以3-氨基丙烷乙氧基硅烷(WD-50)对其封端，合成含有柔性链的硅烷偶联剂。并以其为改性剂。用溶胶-凝胶方法制备了EP／SiO2-TiO2纳米复合材料，利用红外光谱、动态粘弹谱仪、X射线衍射、冲击实验机、扫描电镜和原子力显徽镜等手段研究了这种材料的结构与性能。结果表明，与纯环氧树脂相比。改性材料的冲击强度提高了2～3倍，并具有较高的模量和热性能，玻璃化转变温度仅发生微小的变化。     

纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚苯胺气凝胶柔性电极复合材料的制备与性能

利用高长径比的纤维素纳米纤丝（CNF）与片层结构的氧化石墨烯（GO）形成的CNF-GO复合水凝胶经抗坏血酸还原制备出CNF-还原氧化石墨烯（rGO）复合水凝胶材料。通过冷冻干燥法得到CNF-rGO复合气凝胶,并进一步通过苯胺单体在CNF-rGO复合气凝胶的孔道内原位聚合制备出CNF-rGO/聚苯胺（PANI）气凝胶柔性电极复合材料。研究了不同苯胺、CNF和GO的质量比对CNF-rGO/PANI气凝胶柔性电极复合材料的结构形貌和电化学性能的影响。结果表明,苯胺原位聚合后所得CNF-rGO/PANI复合气凝胶仍具有紧密的三维多孔网络结构。与rGO/PANI气凝胶电极复合材料相比,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料具有更理想的电容行为。当CNF与GO质量比为60∶40,PANI添加量为0.1 mol时,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料比电容可达85.9 Fg-1,且其电化学性能几乎不受弯曲程度的影响,展现出了良好的柔韧性和电化学性能。      

聚酰亚胺气凝胶及其薄型复合材料的制备和性能研究

航天器和尖端武器等领域对热导率低且柔性可弯曲的高性能隔热材料需求迫切。典型的二氧化硅基、氧化铝基和碳基等无机质气凝胶隔热材料因力学性能差、脆性大且不可弯曲等缺点无法满足狭窄空间及弯曲型面的隔热需求。相比无机气凝胶,聚酰亚胺(PI)气凝胶具有良好的力学性能和柔韧性能,同时具有低热导率特性,使其在柔性隔热材料方面具有广阔的应用前景。本工作采用溶胶-凝胶法,利用超临界干燥技术研制了聚酰亚胺气凝胶及其复合材料。研究表明：PI气凝胶的密度低至0.032 g/cm³,热稳定性能优异,热导率为0.025 8 W/(m·K);PI气凝胶薄型复合材料的热导率为0.023 0 W/(m·K),与无机气凝胶复合材料隔热性能相当,并表现出良好的柔性特点。本研究还首次报道了薄型柔性PI气凝胶复合材料。     

SiO2气凝胶柔性保温隔热薄膜

由SiO2气凝胶、聚酰亚胺和镀铝层(SiO2／PI／Al)组成的柔性多层薄膜具有很好的保温隔热特性和广泛的应用前景。采用溶胶-凝胶方法制备的SiO2气凝胶具有很高的气孔率和很低的体积密度，尝试了在溶胶-凝胶过程申先酸性后碱性的二步法催化．使孔洞率提高到97％，体积密度降低为50kg／m^3，成为优秀的保温隔热的主体材料。选择柔性耐温隔热的聚酰亚胺作为骨架材料，并用真空蒸发镀制上金属铝膜与多孔SiO2气凝胶复合成保温隔热薄膜。当薄膜叠加到10层时其保温隔热效果可提高5倍。     

PLZT陶瓷纤维/环氧树脂1-3复合材料的制备和性能研究

以乙酸铅、乙酸镧、乙酸氧锆和钛酸丁酯为原料,用溶胶-凝胶法制备了掺镧锆钛酸铅(PLZT)凝胶纤维.该纤维经热解、烧结后成为直径约25μm的陶瓷纤维.陶瓷纤维的表面和断面形貌的电子扫描图象表明,该陶瓷纤维均匀致密.用阿基米德法测得陶瓷纤维的密度为:7.78×10³kg/m³.对于直径为4.4mm、厚度为43μm、陶瓷含量为70％的PLZT陶瓷纤维/环氧树脂1-3复合材料压电片,测得其压电常数d₃₃、机电转换常数k_t分别为:410pC/N和0.631.     

氧化铝气凝胶隔热材料的制备和热学性能

以仲丁醇铝为前驱体,以硝酸为催化剂,采用溶胶-凝胶法在室温条件下制备出半透明且无明显裂纹的块体氧化铝气凝胶,密度为120 kg/m~3。用场发射扫描电镜、HotDisk热分析仪、孔径分布仪、X射线衍射仪以及FT-IR红外光谱仪表征了氧化铝气凝胶的结构和热学性能,并根据气凝胶的微结构解释了传热机制。结果表明:所制备的气凝胶是一种多晶勃姆石相明显的纳米多孔材料,具有由球状颗粒组成的多级孔洞纳米网络结构。这种多级结构极大降低了气凝胶的热传导,其常温热导率低至0.020 W/m·K。     

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。     

无机纤维增强SiO2气凝胶隔热复合材料的研究进展

SiO_2气凝胶因其独特的纳米孔结构而具有低密度、低热导率等特点,具备成为高效隔热材料的潜力,然而SiO_2气凝胶的力学性能较差,极大地限制了其在隔热领域的应用。采用无机纤维作为增强体,制备的SiO_2气凝胶复合材料同时具有较好的力学和隔热性能,是目前国内外高性能隔热材料的研究热点之一。综述了无机纤维增强SiO_2气凝胶隔热复合材料的制备方法及其研究进展,并展望了其未来发展方向。     

含镍硅酸乙酯的Sol-Gel过程制备金属/SiO2复合气凝胶

首次采用含镍硅酸乙酯（NiTEOS）进行溶胶-凝胶反应来制备高镍含量的Ni／SiO2复合气凝胶，且Ni含量可在＜60wt％的范围内任意调节．并系统研究了水浓度、催化剂浓度、溶剂用量及合镍硅酸乙酯的组成对溶胶-凝胶过程的影响．所制备的Ni／SiO2复合气凝胶的比表面积高达420～650m2／g.     

纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料的制备和低温性能

以正硅酸四乙酯(TEOS)为前驱体制备SiO2溶胶,并分别与玄武岩纤维和玻璃纤维复合,经超临界干燥工艺制备了疏水耐低温SiO2气凝胶复合材料。利用傅里叶红外光谱仪、接触角分析仪、激光法导热仪、万能试验机、氮气吸附法对SiO2气凝胶复合材料的结构和性能进行了表征。结果表明:两种纤维增强SiO2气凝胶复合材料在常温及低温下均具有良好的疏水性能和隔热性能,玄武岩纤维增强SiO2气凝胶复合材料和玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料的接触角分别为148°和142°,常温热导率分别为0.030 W·m-1·K-1和0.026 W·m-1·K-1,-50℃时的热导率分别为0.027 W·m-1·K-1和0.024 W·m-1·K-1,在低温条件下,体积无明显收缩。纤维的加入提供了力学支撑,两种材料不仅在常温下具有良好的力学性能,而且在低温下的力学性能有所增强。     

Al2O3气凝胶的制备技术研究

Al2O3气凝胶是一种新型、轻质的纳米多孔材料,具有许多独特的物理、化学性质和潜在的应用价值.综述了Al2O3气凝胶的超临界干燥及非超临界干燥制备方法以及各种制备参数(醇铝盐与水的比例、醇盐的类型、溶剂的类型、温度、乙醇的用量、由催化剂所决定的溶液的pH值、老化时间以及干燥过程)对Al2O3气凝胶性质的影响,并探讨了Al2O3气凝胶进一步研究的方向.     

磨碎玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的制备及力学性能研究

用硅烷偶联剂对磨碎玻璃纤维表面进行改性,并制备玻璃纤维/环氧树脂复合材料,采用超声分散对复合材料分散处理,探讨不同磨碎玻璃纤维粉质量比对环氧树脂基复合材料压缩、拉伸性能的影响。研究表明,添加磨碎玻璃纤维后,环氧树脂的强度和硬度显著增强。当磨碎玻璃纤维掺量在15%~25%之间时,复合材料的综合力学性能最好,其压缩强度、压缩模量、拉伸强度最高达到67.1 MPa、1.68 GPa、57.6 MPa,与纯环氧树脂相比提高了24%、35%、34%;断裂伸长率随着掺量的增加逐渐降低,当含量达到30%时比纯环氧树脂的降低了48%,表明添加玻璃纤维粉后环氧树脂脆性增强。目数小粒径较大的玻璃纤维粉对环氧树脂力学性能增强效果更优,但影响程度不如含量对复合材料力学性能的影响大。     

石英玻璃纤维/气凝胶复合材料的热导率计算及优化

纤维含量和直径是影响纤维/气凝胶复合材料热导率的重要参数。采用常压干燥工艺实验制备了石英玻璃纤维/SiO_2气凝胶复合材料,基于材料微观结构表征结果建立了纤维/气凝胶复合材料总体热导率的计算模型,研究了纤维含量和纤维直径对复合材料热导率的影响规律。通过二元优化(即同时优化纤维体积分数和直径)获得了复合材料的最小总体热导率,与单一优化纤维含量或纤维直径相比总体热导率可分别减少50%和20%(以1000K为例);并探讨了在不同温度条件下复合材料中最优纤维含量和纤维直径的变化规律,发现随温度升高最优纤维含量增大而最优纤维直径减小。研究结果可用于指导纤维/SiO_2气凝胶复合材料的结构设计和性能优化,促进气凝胶复合材料在航空航天、工业、建筑等领域的节能应用。     

气凝胶薄膜制备的研究进展

气凝胶薄膜作为一种具有独特特性的薄膜材料,在光学、热学、声学、微电子等领域受到广泛关注。概述了气凝胶薄膜的溶胶制备和溶胶镀膜制备工艺,对比了气凝胶溶胶的酸催化、碱催化和酸碱两步催化等制备方法;介绍了浸渍提拉法、旋转镀膜法等溶胶镀膜方法;综述了溶胶制备和镀膜等工艺条件对气凝胶薄膜结构和性能的影响及其研究进展,指出酸碱两步法和金属等杂化是提高气凝胶薄膜性能的有效途径;最后展望了气凝胶薄膜材料的发展和应用前景。     

改性硅气凝胶/聚甲基丙烯酸甲酯乳液的制备与性能研究

采用HMDS(六甲基二硅氮烷)改性硅气凝胶,通过乳液聚合法,将改性硅气凝胶与甲基丙烯酸甲酯(MMA)进行聚合,制得改性硅气凝胶/聚甲基丙烯酸甲酯复合乳液,并且讨论了硅气凝胶的表面状态,以及改性气凝胶质量分数对复合乳液性能的影响。结果表明:HMDS可成功修饰于硅气凝胶表面,将改性硅气凝胶与PMMA乳液体系复合,乳液综合性能呈现较为显著的变化。HMDS修饰的硅气凝胶有助于降低乳液的导热系数,加入3%HMDS修饰的硅气凝胶可以使成膜后的乳液具有较低的导热系数。     

浮空器用柔性复合材料的力学性能

通过试验研究了某浮空器蒙皮用柔性复合材料的基本力学性能和断裂力学性能。通过单轴拉伸试验研究了该材料经向和纬向试样的力学特性,结果发现两者的弹性模量均在10GPa左右,复合材料的柔软度很高;而经向拉伸试样的抗拉强度比纬向拉伸试样的高出约32％;通过改变切口相对宽度的撕裂试验发现撕裂试验的载荷一位移曲线和裂纹扩展特性基本表现为脆性断裂特性,试验结果和根据弹塑性断裂理论计算得到的结果相一致,即随着切口相对宽度的增加,柔性复合材料的极限载荷降低。