硅气凝胶材料的研究进展

硅气凝胶是一种具有许多奇异性质和广泛应用前景的轻质纳米多孔性材料，近年来受到物理学家，化学家和材料学家们的重视，本文系统归纳了近年来有关硅气凝胶的研究成果，对硅气凝胶的制备原理，结构与性能以及应用开发等研究的进展作了简要的论述。     

不同硅源制备二氧化硅气凝胶的研究进展

硅源作为溶胶-凝胶法制备二氧化硅气凝胶前驱体的重要组成部分,对获得结构完整、性能优良的二氧化硅气凝胶以及构建满足不同应用需求的二氧化硅气凝胶至关重要。考察了制备二氧化硅气凝胶所用的单一硅源、复合硅源以及功能性硅源对气凝胶的形貌及物理性能的影响,并对3类不同硅源制备二氧化硅气凝胶进行了综述。     

多巴胺还原氧化石墨烯气凝胶的制备与吸附性能

石油和有机液体的泄漏对水体资源构成严重危害,带来不可挽回的经济损失。因此,高效的吸油及油水分离材料极具应用价值。以天然石墨为原料,通过Hummers法制备了氧化石墨烯(GO)。将定量氧化石墨烯水溶液与多巴胺(DA)溶液进行混合,利用多巴胺在水中的自聚合以及还原性能,在常压、较低温度(95℃)下经水热反应制备了绿色无污染的多巴胺还原氧化石墨烯水凝胶,再经冷冻干燥得到结构完好的三维结构的多巴胺还原氧化石墨烯气凝胶(DGA)。通过Raman、XRD、SEM、接触角对其形貌结构进行了表征。研究了气凝胶对不同油品的吸附性能,其最大吸附量可达66~120 g/g,是一种良好的吸附材料。     

聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅复合材料的热性能

聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅(PMMA/Si O_2)复合材料可以通过简便的单体浇铸、本体聚合方法制备,二氧化硅用硅烷偶联剂3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(γ-MPS)进行表面修饰,并用红外光谱表征其甲苯抽提后的组成。当加入量为11.76%时,PMMA/Si O_2复合材料的导热率达到0.23 W/(m·K),比基体PMMA提高了27.78%。用PMMA红外光谱的侧甲基弯曲振动峰(δCH3)与羰基(νC=O)的伸缩振动峰比值可以表示PMMA大分子的偶合终止与歧化终止的比例,随着二氧化硅含量的增加,歧化终止比例升高,从而使PMMA/Si O_2复合材料的热稳定性提高,与热重分析结果一致。     

硅气凝胶的结构控制研究

以正硅酸乙酯为原料，用溶胶－凝胶法和超临界干燥工艺制备了纳米多孔硅气凝胶，系统研究了原料和溶剂（水或酒精）的用量及催化剂的使用，老化等因素对硅气凝胶结构的影响，利用这睦因素可以实现对该材料的结构进行纳米尺度上的控制，从而为该材料的应用开发奠定基础。     

胺基改性二氧化硅气凝胶的制备及对刚果红的吸附性能

超轻多孔二氧化硅气凝胶具有极低密度、超高孔隙率和大比表面积的特点,是优异的吸附剂载体.但是,二氧化硅气凝胶骨架表面以硅羟基为主,对污染物的吸附选择性差、吸附容量低.本研究采用共前驱体的方法制备了胺基改性二氧化硅气凝胶块体材料,系统考察了其对模拟污染物阴离子染料刚果红的吸附性能.结果表明,胺基改性二氧化硅气凝胶对刚果红有优异的吸附性能,在较宽pH(3～9)范围内,吸附容量可达800～900 mg/g,吸附等温线符合Langmiur模型;胺基改性气凝胶对刚果红的吸附速率快,1 h内吸附量可达饱和吸附量的80％以上,吸附动力学符合准二级动力学模型;动态吸附实验也显示胺基改性气凝胶对刚果红具有优异的的吸附穿透容量.故改性二氧化硅气凝胶是一种性能优异的阴离子染料吸附剂.     

纳米纤维素/聚酰亚胺气凝胶制备与性能研究

纳米纤维素气凝胶由于其良好的生物相容性、可再生性、可降解性以及较高的孔隙率等优异性能,在建筑隔热领域有着十分广阔的应用前景。为了更好地提升纳米纤维素气凝胶的保温隔热性能和力学性能,引入聚酰亚胺,制备了一种具有规则孔隙结构的复合纳米纤维素气凝胶。通过SEM、导热系数测试仪、红外成像仪等测试方法对其结构和性能进行表征。结果表明,当CNF∶PI的质量比为1∶1时,复合气凝胶的结构规则,孔径较小,在15～18μm左右,密度低至0.0413 g/cm³,压缩强度可达0.33 MPa,导热系数低至0.03159 W/(m·K),具有最优异的综合性能。     

PANI/PMMA复合材料气敏性能研究

以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为掺杂剂,过硫酸铵(APS)为氧化剂合成PANI/PMMA复合物.该复合物是以PMMA为核,以PANI为表层的新型聚合物,检测表明在室温下对氨气有较好的灵敏度.通过控制变量法,考察了不同制备因素对PANI/PMMA乳液稳定性及其复合材料气敏性能的影响,初步确定了试验中各反应物的用量范围和实验条件:n(DKSA)/n(AN)=1.5,n(APS)/n(AN)=1.2,w(PMMA)/w(AN)=4;聚合时间为18h.     

溶胶—凝胶法制备SiO2气凝胶及其特性研究

本文以ＴＥＯＳ为原料，采用溶胶－凝胶法和超临界干燥工艺制备了轻质纳米多孔材料ＳｉＯ２气凝胶。研究了溶剂用量ｐＨ值对溶胶的凝胶化过程和最后制成的气凝胶的特性的影响。并用ＢＥＴ、ＸＲＤ、ＳＥＭ等实验手段研究了这些气凝胶的结构和一些基本物理现象。     

HF催化快速制备SiO2气凝胶

ＳｉＯ２气凝胶晃一种新型轻质纳米多孔泡沫材料,本文以正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ）为原料,以乙醇为溶剂,以ＨＦ为催化溶胶－凝胶法快速制备出了ＳｉＯ２气凝胶。ＨＦ的加入大大加速了溶胶－凝胶反应速度,使凝胶时间减少至几分钟甚至更短;同时使凝胶温度降低至室温。ＢＥＴ及ＴＥＭ测试结果表明所制备的ＳｉＯ２气凝胶具有大比表面积（６７３．８ｍ＾２ｇ＾－１）、纳米多孔结构（骨架颗粒为几纳米,孔洞尺寸为５～３０ｎｍ）。     

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。     

由多聚硅氧烷制备二氧化硅气凝胶

SiO2 气凝胶是一种新型轻质纳米多孔材料。本工作以多聚硅氧烷 (E -4 0 )为硅源 ,用溶胶 -凝胶法制备出了SiO2气凝胶。研究了催化剂、温度、水等因素对其溶胶 -凝胶过程的影响 ;讨论了F离子以及水对E -4 0水解 -缩聚反应的作用机理 ;并用孔径分布测定仪、TEM等方法对其微结构进行了研究。结果表明 :由E -4 0为硅源制备的SiO2 气凝胶骨架颗粒为十几nm ;孔径分布较广 ,其峰值在 3 0nm附近 ,此外 ,还存在几nm的微孔。     

水性聚氨酯/纳米二氧化硅杂化材料的制备及性能

以三羟甲基丙烷(TMP)为内交联剂,合成了一种内交联的水性聚氨酯(WPU)预聚体,以KH550为偶联剂,加入亲水型纳米二氧化硅(A200),通过溶胶-凝胶过程合成了一种水性聚氨酯/纳米二氧化硅杂化材料(PUSi).通过红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)和透射电镜(TEM)等测试对PUSi的结构和性能进行了研究,并...     

红外遮光剂在二氧化硅气凝胶中的应用研究进展

气凝胶作为目前为止最轻的固体,具有极低的热导率,是一种较为理想的轻质、高效、最具潜力的隔热材料。但纯二氧化硅气凝胶的红外透明性影响了其高温隔热性能。介绍了红外遮光剂红外辐射抑制机理,综述了使用炭黑、TiO2和六钛酸钾晶须等作为红外遮光剂提高二氧化硅气凝胶隔热性能的研究进展,并对未来红外遮光剂在二氧化硅气凝胶中的应用做了展望。     

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。     

疏水改性对SiO2气凝胶薄膜性能与结构的影响

以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备SiO2气凝胶薄膜,并以不同体积分数的六甲基二硅胺烷(HMDZ)对SiO2气凝胶薄膜进行了疏水改性研究,采用椭偏仪、FITR、接触角测试仪、SEM和光谱仪等对薄膜的疏水性、微观结构及透光性进行了表征,研究了HMDZ疏水改性对SiO2气凝胶薄膜性能与结构的影响。结果表明,疏水改性后,SiO2胶粒表面的大部分亲水性-OH被疏水基团-CH3所取代,其与水的接触角达159°,疏水性好;SiO2气凝胶薄膜在可见光范围内透光率接近90%,透光性高;其孔隙率为78.8%,密度为0.464g/cm3,骨架颗粒尺寸小于40nm,具有纳米多孔网络结构特性。     

Theoretical Modeling of the Radiative Properties and Effective Thermal Conductivity of the Opacified Silica Aerogel

In this paper, we investigate the radiative properties and the effective thermal conductivity (ETC) of the opacified silica aerogel by theoretical method. The radiative properties of the opacified silica aerogel are obtained by the modified Mie Scattering Theory that is used for particle scattering in absorbing medium. The modified gamma distribution is used to take account of the non-uniformity of the particle size. The solid thermal conductivity of the composite material is obtained by considering the scale effect of the particles. Based on these calculated thermophysical properties the coupled heat conduction and radiation through the evacuated opacified aerogel are solved by the finite volume method. And the radiation flux is computed by the P-1 approximation combined with the gray-band model. Results show that, the calculated thermophysical properties of the TiO₂-doped silica aerogel are close to the experimental data. The optimal mean radius for the largest radiation extinction of the SiC particles is about 1μm. The presented data of optimal doping amount of the SiC particles at different temperature conditions for the evacuated silica aerogel is very useful for thermal insulation material design.     

SiO2气凝胶薄膜的性能、应用与制备方法

SiO2气凝胶薄膜是一种纳米轻质材料,具有高孔隙率、低密度、低热导率、低声传播速度、低介电常数、高比表面积、透明等优异性能,在热学、光学、声学、微电子、航空航天、化学化工等领域具有广阔的应用前景.介绍了SiO2气凝胶薄膜的性能与应用,并对其制备方法进行了综述和评价.     

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。     

纳米蒙脱土改性乳化沥青的制备与性能研究

研究了纳米蒙脱土(MMT)对沥青乳化技术的影响,以纳米蒙脱土为改性剂成功制备出MMT改性乳化沥青.利用XRD分析了MMT在改性乳化沥青中的分散情况,并且通过室内试验测试了沥青乳液的聚沉体积,乳化沥青蒸发残留物的针入度、软化点、延度和布式旋转黏度,结果表明,MMT使乳化沥青的存储稳定性得到明显改善,当MMT掺量高于0.6％时,乳液9天内不发生破乳现象;MMT的层间距由1.28 nm增至2.57 nm,层间距增大了100％,说明MMT成功插层进入乳化沥青的蒸发残留物中,形成了纳米插层型复合材料;乳化沥青蒸发残留物的软化点和黏度上升,针入度和延度有所降低,表明MMT提高了蒸发残留物的耐高温性能.