疏水SiO_2气凝胶的常压制备及应用进展

阐述了常压制备疏水SiO2气凝胶的关键技术,综述了表面后处理法、原位法等常压制备疏水SiO2气凝胶的工艺措施,介绍了疏水SiO2气凝胶在电磁学、光学、原子核物理等领域的应用现状,指出疏水处理可明显提高SiO2气凝胶的性能(低介电常数、高激光损伤阈值和耐环境能力等),从而拓宽了SiO2气凝胶的应用范围,最后展望了疏水SiO2气凝胶的发展和应用前景。     

SiO2气凝胶增强增韧方法研究进展

SiO2气凝胶的轻质纳米多孔网络结构使其在热学、声学、光学及电学等领域具有广阔的应用前景,但强度低和韧性差的缺点很大程度上限制了其应用发展.分析了SiO2气凝胶的主要力学性能指标和提高其强度的两种途径(控制制备工艺参数与材料复合法),讨论了这两种增强途径的最新研究进展.通过控制制备工艺参数获得结构均匀的SiO2气凝胶,并采用材料复合技术进一步提高SiO2气凝胶的强韧性能,可望获得结构稳定并具有良好强韧性的SiO2气凝胶材料.     

SiO_2气凝胶力学性能的影响因素及改善方法

SiO2气凝胶的纳米多孔网络结构使其在热学、声学、光学、电学等领域具有广阔的应用前景,但其强度低和韧性差限制了发展和应用。对SiO2气凝胶力学性能的表征方法进行了概述,综述了制备工艺参数(如溶液酸碱度、组分配比、反应温度及时间、后处理工艺、干燥工艺等)对SiO2气凝胶网络结构及力学性能影响的研究进展,并介绍了材料复合法用于改善SiO2气凝胶力学性能的研究进展。     

超级绝热材料SiO2气凝胶的制备及应用

介绍了超级绝热材料SiO2气凝胶的特殊纳米结构和超级绝热性能,对SiO2气凝胶新的制备方法和应用前景进行了综述,并指出SiO2气凝胶的未来研究重点和方向。     

粉煤灰制备SiO_2气凝胶及其复合材料的研究进展

气凝胶材料因其具有独特的性能而成为当今国际新材料领域的研究热点。简要分析了我国目前的粉煤灰利用状况,详细综述了国内外利用粉煤灰为硅源,采用溶胶-凝胶法和常压干燥法制备SiO2气凝胶材料的研究进展,列举了SiO2气凝胶在各个领域的应用现状,指出了当前研究中存在的问题以及未来的研究方向,并展望了利用粉煤灰制备SiO2气凝胶材料的研究与应用前景。     

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°。     

二氧化硅气凝胶的制备和应用研究

三维纳米网络结构的SiO2气凝胶具有许多独特的性能,在光学、热学、声学、微电子学、高功率激光等领域具有广阔的应用前景,是目前材料科学家研究的热门材料之一.简要评述了SiO2气凝胶的制备技术和应用前景.     

SiO2气凝胶/中间相沥青基泡沫炭复合材料的制备与表征

以正硅酸乙酯、乙醇和去离子水为原料,采用溶胶-凝胶法制备了SiO2溶胶;并以煤沥青为原料,采用自挥发发泡法制备了中间相沥青基泡沫炭。然后采用浸渍工艺将SiO2溶胶和中间相沥青基泡沫炭在常压下进行复合,制备了SiO2气凝胶/中间相沥青基泡沫炭复合隔热材料。利用XRD、SEM、热导仪和万能试验机等设备分别研究了SiO2气凝胶、中间相沥青基泡沫炭以及SiO2气凝胶/中间相沥青基泡沫炭复合材料的结构和性能。结果表明,所制备的复合材料具有一定的力学性能,同时其隔热性能优于单一泡沫炭的隔热性能,有望成为一种新型的隔热材料。     

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.     

利用离子液体制备无机气凝胶的研究进展

气凝胶具有三维纳米多孔网络结构,独特的结构使它具有低密度、高比表面积和高孔隙率等性质以及低热导率、低介电常数和低声传播速率等性能,在隔热、介电、隔声、催化、吸附等领域具有广阔的应用前景.然而,溶剂-凝胶法作为目前制备气凝胶最成熟、应用最广的技术,需要使用大量的有机溶剂,严苛而危险的超临界干燥工艺进一步推高了成本,限制了气凝胶的大规模工业化生产和应用,因此,降低成本和在常压干燥条件下制备高比表面积的块状气凝胶是气凝胶产业急需解决的问题.离子液体被称为21世纪的绿色溶剂,具有低蒸气压、低表面张力、高催化性和高溶解性等特殊性质.离子液体与气凝胶材料的发展几乎同步,但直到2000年两种材料才产生交集.离子液体作为模板剂具有微观结构导向作用,使纳米孔结构均一化,其不挥发性和低表面张力保证了老化和常压干燥过程中纳米孔结构不会因毛细管力而坍塌破坏,另外其催化作用可以缩短凝胶时间.因此,离子液体为常压干燥合成气凝胶提供了新的工艺路线.目前,有关借助离子液体制备 SiO2气凝胶、TiO2气凝胶、SiO2-TiO2复合气凝胶、炭气凝胶等无机气凝胶的探索均已展开,其中制备 SiO2气凝胶的研究最多,涉及工艺、微观结构、掺杂和应用等方面.通过常压干燥可获得比表面积高达677 m2/g 的块状气凝胶,通过选用不同的离子液体还可以控制纳米孔的微观形貌,所得 SiO2气凝胶产物在电化学、生物、吸附等领域有较高的应用潜力.利用离子液体替代有机溶剂可以使得到的TiO2气凝胶不经煅烧即含有锐钛矿相,通过金属原子 Ag、Fe、Ge等掺杂改性,可进一步提高锐钛矿相的结晶度,提升其光催化性能.利用离子液体制得的 SiO2-TiO2复合气凝胶具有一定强度和良好的光催化活性.此外,除在传统的溶胶-凝胶法中用作模板剂或催化剂外,离子液体还可作为新型的炭源用于制备炭气凝胶,即通过熔盐法高温炭化裂解离子液体"自上而下"直接制备.这种方法可以制备杂原子在原子水平上均匀分布的功能化炭气凝胶,无需制备有机气凝胶前驱物,极大缩短制备周期,并且炭气凝胶产物的比表面积相对更高,得到了科研界的广泛关注.     

纳米SiO2气凝胶的制备及保温隔热性应用研究进展

从SiO_2气凝胶的隔热机理出发,归纳了降低其导热系数的有效途径,概述了在溶胶-凝胶过程中硅源的甄选原则及开发趋势,总结了当前常用湿凝胶干燥工艺的优缺点并提出改进方法,着重介绍了当前保温隔热领域SiO_2气凝胶复合材料的种类及应用现状,最后对SiO_2气凝胶材料的发展前景进行了展望。     

Tailoring mechanical properties of aerogels for aerospace applications

Silica aerogels are highly porous solid materials consisting of three-dimensional networks of silica particles and are typically obtained by removing the liquid in silica gels under supercritical conditions. Several unique attributes such as extremely low thermal conductivity and low density make silica aerogels excellent candidates in the quest for thermal insulation materials used in space missions. However, native silica aerogels are fragile at relatively low stresses. More durable aerogels with higher strength and stiffness are obtained by proper selection of silane precursors and by reinforcement with polymers. This paper first presents a brief review of the literature on methods of silica aerogel reinforcement and then discusses our recent activities in improving not only the strength but also the elastic response of polymer-reinforced silica aerogels. Several alkyl-linked bis-silanes were used in promoting flexibility of the silica networks in conjunction with polymer reinforcement by epoxy.     

硅气凝胶纳米材料的力学性能与增韧

本文综述了低温超临界干燥制备的块状硅气凝胶纳米材料的力学性能特征，论述了材料密度与硅气凝胶的力学性能的关系。从材料的制备过程出发，指出了控制裂纹和提高硅气凝胶韧性的一些方法。简介了硅气凝胶纳米材料的制备与应用，讨论了热处理过程以及材料的微观结构对硅气凝胶材料强度和韧性的影响，给出了初步的结论     

Preparation of CdS coatings on the inner surface of silica aerogels by single-source metal-organic chemical vapor deposition at atmospheric pressure

CdS coatings are deposited on the external and inner surfaces of silica aerogels with a single-source metal-organic chemical vapor deposition method at atmospheric pressure. Thermogravimetry analysis and differential scanning calorimetry experiments are used to investigate the thermal behavior of silica aerogels, and the sample treated at 500 °C for 120 min has been found to possess the lowest density. The densities and morphologies of the silica aerogels under the different treatment temperatures are also studied. The CdS coatings are deposited on the inner surface of the silica aerogels with a 4 l/min flow of Ar gas. The procedure for the preparation of the CdS coatings on the inner surface is reported in details. The surface morphologies of the CdS-coated silica aerogels are analyzed by scanning electron microscopy. The results of the energy dispersive X-ray spectroscopy and X-ray diffraction analysis demonstrate that the CdS coatings are composed of cadmium and sulphur with an approximately atomic ratio of 1:1, and they are hexagonal structures.     

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.     

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.     

螺旋形碳纳米管的制备表征及其生长机理的探讨

采用气凝胶与干凝胶两种催化剂载体通过化学气相淀积方法制备出螺旋状的碳纳米管.研究结果表明:气凝胶催化剂载体所制备出的螺旋碳纳米管和干凝胶载体所制备出的螺旋碳管相比较具有以下几个特点:(1)较好的石墨化程度,(2)较小的直径,(3)较好的螺旋形态,即较好的螺距一致性.分析结果认为气凝胶独特的介孔性质是导致气凝胶样品所制备的碳管具有以上特点的根本原因.另外,还提出催化剂颗粒周边上催化活性的各向异性将导致螺旋碳管的生长.     

聚合物改性SiO2气凝胶的研究进展

采用聚合物对SiO2气凝胶进行改性,是改善其质脆易碎性的一种行之有效的方法,开创了一种对气凝胶改性的崭新思想。总结了聚合物改性SiO2气凝胶的原理、方法、进展及其性能。SiO2气凝胶经聚合物改性后,强度通常可提高2个数量级,柔韧性可调,而本身的体积密度仅增加几倍,其原有的纳米孔隙结构及其优良性能得以保留。但是,这种改性气凝胶还有诸多有待改进的地方,如常压干燥技术的研究、体积密度和热导率的降低、制备过程的简化以及耐高温性能的改善等。     

Synthesis of sustainable silica xerogels/aerogels using inexpensive steel slag and bean pod ash: A comparison study

Low cost silica xerogels/aerogels were synthesized from steel slag and bean pod ash by sol–gel method. Comparison study showed differences between structural, morphological, textural, thermal and physical properties of the silica xerogels and aerogels. Formation of amorphous structure and silica network was confirmed by X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy analyses, respectively. Field emission scanning electron microscopy (FESEM) and transmission electron microscopy (TEM) analyses revealed that silica xerogels had smaller interlinked network in contrast to silica aerogels. Typical type IV isotherm was observed for all samples in N₂ adsorption-desorption isotherms. The highest surface area was determined as 371 m² g⁻¹ for silica aerogel synthesized from steel slag. Particle size of silica aerogels was lower than that of the silica xerogels. The more porous structure made silica aerogels desirable materials with lower bulk density and thermal conductivity when compared to silica xerogels. Thermogravimetric analysis (TGA) and differential thermal analysis (DTA) exhibited high thermal stability of the silica xerogels/aerogels. Although silica xerogels had highly hydrophilic structure, contact angle of silica aerogels synthesized from steel slag and bean pod ash was 60° and 74°, respectively. The comparison study will give a new point of view about differences between silica xerogels and aerogels synthesized from by-products or inorganic/organic waste instead of silicon alkoxides.     

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.