改性二氧化硅气凝胶研究进展

二氧化硅气凝胶作为一种新型轻质多孔材料,在航空、建材和医疗等领域具有巨大的应用前景。综述了二氧化硅气凝胶的制备工艺发展史,介绍了二氧化硅气凝胶的光学、热学、电学、声学和催化方面的性质,详细讨论了二氧化硅气凝胶的两种改性思路:硅源改性(包含单一硅源、复合硅源和功能性硅源)和掺杂改性(包含非金属材料掺杂和金属材料掺杂),展望了二氧化硅气凝胶的发展方向。     

常压制备疏水型二氧化硅气凝胶及透光率分析

采用溶胶-凝胶法,通过常压干燥制备了疏水型二氧化硅气凝胶。研究了pH、水解时间等因素对二氧化硅气凝胶透光率的影响。以正硅酸乙酯为原料,通过酸（草酸）-碱（氨水）两步催化,采用溶胶-凝胶法常压干燥制备了疏水型介孔二氧化硅气凝胶。正硅酸四乙酯、乙醇、草酸、氨水物质的量比为1∶4∶5∶0.2,草酸和氨水的浓度分别为0.008、0.05 mol/L时,采用二甲基二氯硅烷为改性剂常压制备了二氧化硅气凝胶。透射电镜、扫描电镜测试表明：二氧化硅气凝胶具有纳米介孔结构。接触角测定表明：二氧化硅气凝胶与水的接触角为148°,表现出疏水性。     

二氧化硅气凝胶/玻纤棉复合材料 导热性的研究

设计制备了二氧化硅气凝胶粉体材料,使用KH550将其表面改性后与粘结剂醋酸乙烯-乙烯共聚乳液搅拌为混合液,在超声波清洗器中将厚度为9mm的玻璃纤维针刺棉浸入混合液中之后,干燥制备得二氧化硅气凝胶/玻纤棉复合材料。结果表明采用KH550表面改性的二氧化硅气凝胶材料在水性粘结剂中的溶解性良好,超声波处理有助于二氧化硅气凝胶材料均匀分散于玻璃纤维棉中;含二氧化硅气凝胶材料的玻璃纤维棉导热系数明显下降,且随温度升高,其隔热性能比普通玻璃纤维棉更好。对二氧化硅气凝胶/玻纤棉复合材料的导热机理进行了研究,结果表明二氧化硅气凝胶材料的存在有效削弱了玻璃纤维棉的热桥效应及其气相导热效果。     

干燥方法对硅气凝胶性能的影响

以正硅酸乙酯为原料,先采用溶胶-凝胶法制备湿凝胶,进行表面改性以及溶剂置换,然后分别采用常压干燥、超临界干燥方法进行制备,最终都获得轻质多孔二氧化硅气凝胶。利用红外光谱仪、扫描电镜和BET吸附仪对两种不同干燥方法制备的二氧化硅气凝胶进行表征。结果表明,由红外光谱图知两种凝胶表面结构基本相同、超临界干燥样品扫描电镜说明颗粒均匀、BET吸附仪知比表面积大。     

常压制备疏水性二氧化硅气凝胶

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,氢氟酸作催化剂,采用溶胶-凝胶法常压下制备二氧化硅气凝胶,并研究催化剂、乙醇、水等因素对凝胶过程的影响。采用傅里叶变换红外分析(FT-IR)、电子扫描探针(SPM)等对二氧化硅气凝胶的结构和性能进行研究。结果表明,经三甲基氯硅烷(TMCS)表面改性处理后的气凝胶表现出了很好的疏水性能。该气凝胶密度为200~400 kg/m³,与水的接触角大于120°。当n(TEOS)∶n(乙醇)∶n(H₂O)∶n(HF)=1∶6∶4∶0.25时,得到的气凝胶各方面的综合性能最好。凝胶时间随着水和氢氟酸用量增加而缩短,随乙醇用量的增加而增加。     

二氧化硅气凝胶的研究现状及应用前景

二氧化硅气凝胶由于其特殊的网络结构使其具有密度小、隔热性好、孔隙率高、比表面积大、传声速率低等优良性能。从1931年开始,经过广大研究者几十年的深入研究,二氧化硅气凝胶有了更广阔的发展。本文介绍了以不同原料制备二氧化硅气凝胶的方法,论述了二氧化硅气凝胶的干燥技术,概述了二氧化硅气凝胶的改性措施,分析了二氧化硅气凝胶的应用前景。     

二氧化硅气凝胶的研究进展

介绍了二氧化硅(SiO_2)气凝胶的发展历程,总结了SiO_2气凝胶的制备方法和应用,从疏水化、增强改性、掺杂改性等几个方面介绍了SiO_2气凝胶的研究进展。     

毛竹NFC/SiO_2气凝胶的制备和疏水改性

以毛竹为原料,高压均质法制备纳米纤丝化纤维素(NFC),再采用溶胶―凝胶法制备NFC/二氧化硅(SiO_2)气凝胶。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)等对其进行表征,通过改变正硅酸乙酯/无水乙醇的体积比获得样品微观形貌较佳的反应工艺条件,并采用十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液对NFC/SiO_2气凝胶进行疏水改性,用接触角测量仪测试改性NFC/SiO_2气凝胶的疏水性能。研究结果表明NFC/SiO_2气凝胶在正硅酸乙酯/无水乙醇体积比为1.25%时,二氧化硅复合效率高,且所获得的气凝胶形貌较好,二氧化硅以颗粒的形式附着在纳米纤丝化纤维素表面。改性NFC/SiO_2气凝胶接触角为132°,达到疏水状态。     

乙醇胺为碱性催化剂对硅气凝胶性能的影响

以正硅酸乙酯为硅源,盐酸为酸性催化剂,乙醇胺(一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺)、氨水为碱性催化剂,采用酸碱两步催化溶胶-凝胶法制备二氧化硅湿凝胶,凝胶不经过表面改性,采用真空干燥制得二氧化硅气凝胶。通过对二氧化硅气凝胶样品进行比表面积测定和扫描电镜观察,表明添加不同的乙醇胺所得二氧化硅气凝胶的性能不同。采用乙醇胺作催化剂与氨水作比较所得二氧化硅气凝胶平均孔径较大。采用一乙醇胺作催化剂与氨水作比较,在添加量为（5.1～8.5）×10^-2  mol时,所得二氧化硅气凝胶的吸附能力提高,内表面粗糙度减小,孔隙率提高,减轻了孔壁的坍塌。采用二乙醇胺作催化剂与其他碱性催化剂作比较,随着其添加量的增加所得二氧化硅气凝胶平均孔径增加幅度较大。采用三乙醇胺作催化剂与其他碱催化剂相比,所得二氧化硅气凝胶的内部表面最粗糙。     

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。     

Zn-MCM-41介孔分子筛的合成及结构表征

以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板剂,正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,乙二胺为碱性介质,当n（TEOS）：n（Zn（NO3）2）：n（CTAB）：n（H2NCH2CH2NH2）：n（H2O）=1：0．01：0．13：2．2：120合成Zn-MCM-41介孔分子筛,通过XRD、IR、N2吸附脱附、NH3-TPD等方法对分子筛的晶体结构和表面物性进行了研究,结果表明,合成的分子筛具有典型的六方介孔结构特征,孔径分布较窄,具有较大的比表面积和较强的酸性。     

双模板剂合成Zr—MCM-41的结构表征及催化性能

以十二烷基硫酸钠（SDS）和辛基酚聚氧乙烯醚（TX～100）为模板剂,正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,乙二胺为碱性介质,当n（TEOS）：n（Zr（NO3）4）：n（SDS）：n（H2NCH2CH2NH2）：n（H2O）=1：0．008：0．10：0．05：2．2：120合成Zr-MCM-41介孔分子筛,通过XRD、N2吸附脱附、NH3-TPD等方法对分子筛的晶体结构和表面物性进行了研究。结果表明,合成的分子筛具有典型的六方介孔结构特征,孔径分布较窄,具有较大的比表面积和较强的酸性,在乙氧基化催化反应中具有较高的催化活性。     

乙醇胺对硅气凝胶合成的催化作用

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,盐酸为酸催化剂,乙醇胺及其水溶液为碱催化剂,采用溶胶-凝胶法,结合减压、程序升温干燥制备SiO2气凝胶。乙醇胺具有氨和醇双重性质,本研究考察了乙醇胺在合成SiO2凝胶过程中的催化作用以及加入浓度、加入量对气凝胶性能的影响。试验结果表明:催化作用强弱顺序为:一乙醇胺二乙醇胺三乙醇胺,适宜的加入量n(乙醇胺)/n(TEOS)分别为17×10-3、17×10-3和51×10-3,最适宜水溶液浓度V(乙醇胺)/V(水)分别为1∶20、1∶5和1∶2。合成的硅气凝胶具有较好形态,最高孔隙率为88.68%,比表面积为687m2/g。     

超临界干燥制备疏水型二氧化硅气凝胶

文章以正硅酸乙酯为原料,经溶胶-凝胶过程制备二氧化硅醇凝胶,采用三甲基氯硅烷作为表面改性剂,对醇凝胶进行化学表面修饰,超临界干燥,制备了疏水性二氧化硅气凝胶粉末。运用红外光谱、BET、扫描电镜、XRD对其结构、形貌及化学组成进行了分析。结果表明：该样品是表面连有疏水基团-CH3的疏水性SiO2气凝胶,呈连续网络结构的球状纳米粒子,孔径分布主要集中在2～4nm,是热稳定性较高的非晶、多孔、轻质介孔材料。     

含氟体系中合成条件对MCM-48分子筛结构性能的影响

在合成过程中引入F~-可以缩短MCM-48分子筛的晶化时间,考察以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源、十二烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂的合成体系中加入F~-后,n(CTAB)∶n(Si)、晶化时间和晶化温度等合成条件对MCM-48结构性能的影响。XRD、N_2吸附脱附和TEM等表征结果表明,在n(CTAB)∶n(Si)=0.65、晶化温度120℃和反应时间24 h条件下,合成的MCM-48分子筛结晶度较高,比表面积为1 305 m~2·g~(-1),平均孔径3.416 nm,为MCM-48分子筛的适宜合成条件。     

表面改性硅溶胶粒子增强聚甲基硅树脂薄膜材料

以甲基三甲氧基硅烷（MTMS）水解聚合产物作为主要成膜物质,经甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MEMO）表面改性的正硅酸乙酯（TEOS）水解产物硅胶作为无机增强物,利用两者羟基之间的共缩聚反应在聚碳酸酯（PC）板表面制备有机/无机复合透明耐磨薄膜;采用TG/DTA、FTIR、UV-vis、金相显微镜及SEM等测试手段对不同含量MEMO改性硅胶对薄膜结构及性能的影响进行表征.研究结果表明,MTMS和TEOS的水解聚合产物通过共缩聚反应在PC板表面形成带有机基团的无机交联网络结构,基本骨架由Si—O—Si组成;在150～250℃之间,MEMO所带的C=C会发生热引发自由基聚合反应;随MEMO含量的增加,薄膜的柔韧性提高;薄膜对PC板有一定的增透作用,MEMO含量的改变对其增透性能影响不大;薄膜能显著提高PC板的硬度,随着MEMO含量的增加,能制备厚膜而不易开裂.     

Synthesis and Characterization of Low-Dielectric Silica Aerogel Films

Thin films of silica aerogel on a silicon wafer have been synthesized via supercritical drying of wet gel films that were obtained by spin coating the polymeric silica sol, followed by aging in an isopropanol (IPA) or tetraethoxysilane/isopropanol (TEOS/IPA) solution. The viscosity of the sol and the spin rate required to form uniform coating layers were optimized. The film thickness and microstructures could be controlled by adjusting the concentration of the sol, the spin rate, and the aging conditions. The porosities and the dielectric constants of the thin films were in the range of 76%–90% (densities of 0.59–0.22 g/cm³) and 2.0–1.5, respectively. The degree of planarization in the aerogel thin film was ∼100%, and the gap-filling capability on a 0.2 μm tungsten patterning wafer was excellent. In particular, aging the wet gel film in the TEOS/IPA solution was very effective in improving the properties of the aerogel films.     

硅酸乙酯为原料反相微乳液法制备纳米二氧化硅

采用NP-5/环己烷/去离子水体系制备反相微乳液,绘制了该体系的三元相图,并以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,在碱性条件下受控水解反应制备了纳米SiO2粒子,探讨了[n(水)∶n(表面活性剂)](用R表示)和[n(水)∶n(TEOS)](用H表示)对SiO2纳米粒子粒径的影响。通过扫描电镜(SEM)和激光粒度仪对样品形貌和粒子大小和粒径分布进行了表征。结果显示:扫描电镜下观察到的SiO2粒子为无定型球形颗粒,粒径在200～500 nm的范围,激光粒度仪分析得到的平均粒径随着R和H的增大而增大。     

表面改性球形二氧化硅的制备与表征

在醇水混合溶剂中,以氨作催化剂,通过正硅酸乙酯(TEOS)水解制备SiO2球形颗粒,并以十八醇作为改性剂对SiO2进行表面修饰。研究了TEOS浓度对SiO2球形颗粒粒径的影响,并用TEM、XPS、IR、TG-DTG对所得产品进行了表征。结果表明:在TEOS∶NH3∶H2O(物质的量比)为1∶4.4∶12.7时,可得到粒径约为450nm的球形SiO2颗粒;在其它条件不变的情况下,SiO2颗粒粒径随TEOS浓度的增大而增大;用十八醇作为改性剂得到的二氧化硅能在环己烷中很好地分散。