增强改性SiO2气凝胶复合材料的研究进展

SiO₂气凝胶是一种含有纳米介孔结构的轻质固体材料,具有高孔隙率、高比表面积、低导热性、低介电性等特性,在隔热、吸附、吸声、发光、催化、电子等工业领域具有广阔的应用前景。但SiO₂气凝胶自身孔结构存在易碎、易坍塌等缺陷,导致应用受到较大限制。在保持SiO₂气凝胶良好特性的前提下,对其进行增强改性制备力学性能优良的SiO₂气凝胶复合材料是近年来的研究热点。本文报道了无机/有机纤维增强改性SiO₂气凝胶、有机聚合物增强改性SiO₂气凝胶及无机物掺杂增强改性SiO₂气凝胶等复合材料的主要制备工艺过程、材料综合性能表现及增强改性机制,探讨了增强改性SiO₂气凝胶复合材料研究进展及重点方向,以期为增强改性SiO₂气凝胶复合材料的研究和应用提供新的设计思路。      

常压干燥制备SiO2气凝胶复合材料研究进展

SiO_2气凝胶复合材料具有低密度、低热导、高强度等优异性能,已在航空航天、石油化工、建筑保温等领域获得较好应用。然而现有成熟的超临界干燥制备SiO_2气凝胶复合材料工艺需要维持高温、高压条件,能耗高、危险性大且设备复杂,常压干燥制备工艺由于所需条件温和、设备简单,有望实现连续性规模化生产。本文结合国内外关于常压干燥制备SiO_2气凝胶复合材料的研究进展,按照颗粒、纤维等增强相的不同,对常压干燥制备SiO_2气凝胶复合材料进行综述并对其未来发展方向进行了展望。     

Graphene/SiO2纳米复合材料作为水基润滑添加剂的摩擦学性能

以石墨烯和正硅酸乙酯为原料用溶胶-凝胶法制备了Graphene/SiO₂纳米复合材料,用球盘式摩擦磨损试验机评价其作为水基润滑添加剂在不同载荷和浓度下的摩擦学性能。用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了摩擦副的表面形貌和元素特征。结果表明：在15N载荷工况下,Graphene/SiO₂纳米复合材料作为添加剂在超纯水中含量为0.2%(质量分数)时具有最佳的摩擦学性能,比超纯水的摩擦系数降低了17.9%,钢球磨损率降低了61.7%。基于磨损表面分析提出的润滑机制为：在摩擦过程中,Graphene/SiO₂纳米复合材料在磨损表面生成的物理吸附膜、Graphene的层状剪切作用以及SiO₂在磨损表面的修复作用和滚珠轴承作用,使超纯水的摩擦学性能提高。     

SiO2-Al2O3气凝胶及纤维增强复合材料制备技术研究进展

SiO₂-Al₂O₃复合气凝胶(SAA)耐高温性能明显优于纯SiO₂、Al₂O₃气凝胶,可用于1 000℃以上高温环境,对高温窑炉、设备隔热保温具有重要意义。本文综述了SAA及纤维增强复合材料的制备技术研究进展,在阐明硅铝复合溶胶水解、聚合机理的基础上,讨论了前驱体种类、干燥方式、水、添加剂等对溶胶胶凝过程及气凝胶微观结构与物化性能的影响,简要介绍了SAA微观结构、高温烧结行为特点及硅铝物质的量比对孔结构及耐高温性能的影响,介绍了基于粉煤灰、煤矸石、高岭土等廉价原料的SAA制备方法,以及基于纳米颗粒组装、冰模板、壳聚糖模板的制备新方法。在纤维增强复合材料方面,介绍了以纤维为分散相、纤维预制体为主体骨架两类复合材料的制备方法及纤维种类(石英、莫来石、碳纤维、纳米SiO₂、碳纳米管、氧化锆等)对复合材料力学及耐高温性能的影响。最后梳理了目前复合气凝胶研究中存在的问题,展望了其发展趋势。     

SiO2含量对新型PA6/EP/SiO2纳米材料体系聚合反应的影响

采用廉价的环氧树脂(EP)与正硅酸乙酯(TEOS)反应生成改性前驱体,然后水解,再将水解液与熔融己内酰胺混匀,通过原位生成法制备出新型PA6/EP/SiO2纳米复合材料。研究了SiO2无机粒子的加入对PA6聚合反应的影响。端基分析和高效液相色谱仪(HPLC)测试结果表明:随SiO2加入量的增加,PA6分子量及低聚物含量有下降趋势。     

纳米SiO2/聚苯硫醚和SiO2-玻璃纤维/聚苯硫醚复合材料的性能

利用纳米SiO₂改性聚苯硫醚（PPS）树脂及玻璃纤维（GF）/PPS复合材料,探究纳米SiO₂对PPS树脂及GF/PPS复合材料性能的影响规律。采用熔融共混工艺制备纳米SiO₂/PPS树脂,并采用热压成型方法制备纳米SiO₂-GF/PPS复合材料,利用SEM、DSC、DMA和力学测试表征不同纳米SiO₂含量的SiO₂/PPS和SiO₂-GF/PPS复合材料。结果表明：纳米SiO₂通过熔融共混工艺能够均匀分散在PPS基体中,并提高PPS结晶度和弯曲性能。添加1wt%纳米SiO₂有效提高了GF/PPS复合材料的力学性能：层间剪切强度提高49.4%,弯曲强度提高30.6%,弯曲模量提高14.6%。纳米SiO₂的添加可以提高GF/PPS复合材料的玻璃化转变温度,同时纳米SiO₂能够改善树脂基体韧性并阻碍裂纹的扩展。     

SiO2玻璃原位反应合成Al/Al2O3复合材料

利用SiO₂玻璃具有易近成型、致密及各向同性的特点,通过SiO₂玻璃与铝熔体间的反应合成了Al/Al₂O₃复合材料,克服长期以来在合成Al/Al₂O₃复合材料时均采用颗粒反应物的局限。反应产物是一种组织均匀致密的Al 与Al₂O₃互为网络的Al/Al₂O₃陶瓷基复合材料。反应温度升高,整个反应产物中的Al的体积分数上升。Al/Al₂O₃复合组织在三维空间的真实形态中存在着Al相被Al₂O₃完全包围的形态,证明了网络状Al₂O₃组织形成的烧结机理。与合成Al/Al₂O₃的其它工艺相比,本工艺可在1000℃的较低温度进行,并具有反应速度快、断裂韧性和抗弯强度值高的特点。     

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。     

两亲性纳米SiO2复合材料的合成

以3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷改性过的纳米SiO2作为原料,通过季铵化反应得到两亲性的纳米SiO2复合材料.利用傅里叶红外(FTIR)、热失重分析(TGA)、X射线光电子能谱(XPS)等检测手段研究了合成材料的结构;通过透射电镜(TEM)对合成的尺寸及微观形貌进行了分析;利用其在水/甲苯混合体系中的分散探讨了合成材料的两亲性.结果表明,合成的纳米SiO2复合材料表面接枝的有机成分约为11wt%,该纳米SiO2复合材料具有很好的两亲性.     

纤维素/海藻酸钠/明胶复合水凝胶的制备与性能

纤维素作为一种来源丰富的天然高分子材料,具有优异的生物相容性和可降解性,但其难溶特性限制了其应用。文中采用离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物(AmimCl)溶解纤维素(Cel),海藻酸钠(SA)与明胶(Gel)混合水溶液作为凝固浴进行纤维素再生,进一步通过浸泡氯化钙(CaCl₂)溶液交联海藻酸钠,制备了一种透明、高强度的复合水凝胶。分别探究了纤维素浓度(3%,4%,5%,6%,7%和8%)及不同的海藻酸钠/明胶质量比(0:10,2:8,4:6,6:4,8:2和10:0)对水凝胶性能的影响。利用傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、紫外可见分光光度计和万能材料试验机对水凝胶进行了表征。结果表明,水凝胶中各组分之间的氢键作用及海藻酸钠与Ca²⁺之间的离子相互作用赋予水凝胶优异的力学性能,相比于纯水作为凝固浴制备的再生纤维素水凝胶,强度提高了26.36%。随着纤维素浓度的增加,水凝胶的结晶度和网络结构的致密性增加,水凝胶的力学性能显著提升。此外,海藻酸钠/明胶的比例也对水凝胶的力学性能有显著影响,当海藻酸钠与明胶质量比为6:4时,水...     

海藻酸钙/聚精氨酸微胶囊的制备及其生物相容性

以海藻酸盐、 聚精氨酸为壁材, 采用高压静电法制备了球形度好、 表面光洁、 粒径均匀的新型药物载体——海藻酸钙/聚精氨酸微胶囊。参照医疗器械生物学评价标准, 对其生物相容性进行了研究。细胞毒性试验结果显示, 当海藻酸钙/聚精氨酸微胶囊的含量为0.1、 0.5、 1.0 mg/mL时, 微胶囊对L929细胞生长无明显抑制作用, 海藻酸钙/聚精氨酸微胶囊浸提产物在10.0 mg/mL时仍无细胞毒性作用。海藻酸钙/聚精氨酸微胶囊不引起急性全身毒性反应, 不引起溶血反应。通过本组试验可见, 采用高压静电法制备的药物载体——海藻酸钙/聚精氨酸微胶囊具有较好的生物相容性, 具有开发和应用价值。     

海藻酸钠/碳纳米管复合凝胶球的制备及其吸附性能

提出一种安全简单污水处理的方法,以物理共混的方法利用海藻酸钠分散未经任何处理的原始多壁碳纳米管,得到均匀分散的海藻酸钠/碳纳米管(SA/MWNTs)水溶液,以CaCl2作为凝固浴,制备SA-Ca和SA/MWNTs-Ca复合凝胶球,利用凝胶球对甲基橙(MO)溶液进行吸附脱色研究。试验结果表明:海藻酸钠凝胶球对甲基橙去除率较低,随着碳纳米管含量的增加,当MWNTs增加到2.5g/L,SA/MWNTs-Ca凝胶球的吸附性能提高了3倍;并且随着凝胶球量的增加,去除率迅速增加,当凝胶球质量浓度从1～50g/L时,去除率有显著提高,增加近10倍;溶液pH值对吸附性能的研究还表明,溶液的pH值对SA/MWNTs-Ca凝胶球的吸附性能有较大的影响,pH值较低时有利于SA/MWNTs-Ca凝胶球对MO的吸附。     

P(GMA-co-HEMA)/SiO_2大孔复合材料的制备及其在固定化脂肪酶中的应用

以块体SiO2大孔材料为基质,甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为功能单体,通过原位聚合和溶剂蒸发制备P(GMA-co-HEMA)/SiO2大孔复合材料,用SEM、EDS、BET、FTIR和TGDTA对样品进行表征,并将其用于固定褶皱假丝酵母脂肪酶(CRL)。结果表明:SiO2大孔材料很强的毛细管作用使共聚物均匀地涂敷在其孔壁上,形成P(GMA-co-HEMA)/SiO2复合纳米薄膜。共聚物的负载量和亲疏水性可分别通过改变单体浓度和体积比进行调控,当单体体积浓度为10%、GMA和HEMA的体积比为9∶1时大孔复合材料固定化脂肪酶比酶活达到最高,为3 886.9U/g,与底物反应重复操作8批次后剩余酶活率为68.7%。     

Controllable SiO2 insulating layer and magnetic properties for intergranular insulating Fe-6.5wt.%Si/SiO2 composites

In this study, the intergranular insulating Fe-6.5wt.%Si/SiO₂ soft magnetic composites (SMCs) were prepared successfully using in-situ chemical deposition followed by the spark plasma sintering (SPS) process. The effects of ammonia concentration on the microstructure and magnetic properties of the composites have been studied systematically. The Fe-6.5wt.%Si alloy particles could be well insulated by the uniform SiO₂ insulating layer, and its thickness increases with increasing the ammonia concentration from 0 to 0.02?ml/g. However, further increasing the ammonia concentration to 0.03 and 0.04?ml/g would result in the discontinuous and uneven SiO₂ insulating layer. Correspondingly, the saturation magnetization and effective permeability of the composite compacts first decrease and then increase with increasing the ammonia concentration from 0.00 to 0.04?ml/g, whereas the coercivity and resistivity vary in the opposite tendency. Note that the overall performances such as the frequency stability of effective permeability, higher resistivity and lower total core loss, reach the optimal value for the sample with the ammonia concentration of 0.02?ml/g.     

烧蚀条件下SiO2/SiO2复合材料中防潮剂的演变行为研究

针对SiO2/SiO2复合材料中防潮剂--有机硅树脂,在高温烧蚀条件下的演变行为进行研究.采用FTIR,DAT/TG,XRD,SEM和SEAD等测试手段分析有机硅树脂经过高温过程中所发生一系列物理化学变化.研究结果表明,SiO2/SiO2复合材料在高温烧蚀过程中,有机硅树脂经历裂解、燃烧、渗碳、碳热还原等化学变化,最终形成碳化硅.在此基础上,对SiC的生成过程和动力学进行了初步探讨.     

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。     

医用TiO2/SiO2薄膜表面共价键合肝素研究

以γ－氨丙基三乙氧基硅烷和戊二醛作为偶联剂研究了TiO2与SiO2-TiO2生物陶瓷膜表面固定肝素，利用红外光谱（FT－IR）和X光电子能谱（XPS）的测量结果表征薄膜表面肝素化前后的结构和组成：对接触角和体外血液相容性的研究表明，肝素化处理后，薄膜表面的亲水性和抗凝血性显著提高。     

Ultra-light,high flexible and efficient CNTs/Ti_3C_2-sodium alginate foam for electromagnetic absorption application

Ultra-light carboxylic functionalized multi-walled carbon nanotubes(CNTs-COOH) and Ti_3C_2 MXene hybrids modified sodium alginate(CNTs/Ti_3C_2-SA) based composite foams were prepared through ice-templated freeze-drying method. The microstructure of the synthesized CNTs/Ti_3C_2 hybrids and CNTs/Ti_3C_2-SA foams is characterized by the presence of CNTs inserted between MXene layers which prevents their restacking. The resultant CNTs/Ti_3C_2 hybrids exhibit a unique sandwich-like hierarchical structure. Scanning electron microscopy(SEM) images show that the CNTs/Ti_3C_2-SA foam exhibits a heterogeneous anisotropic microstructure and CNTs/Ti_3C_2 hybrids are homogeneously dispersed in the skeleton of the porous foam. In case that the content of the hybrids amounts 40 mg/cm3, the CNTs/Ti_3C_2-SA foam possesses excellent electromagnetic(EM) absorption performance with a minimum reflection coefficient(RCmin) as low as-40.0 d B. In case of a sample thickness of 3.95 mm, the RCminreaches-24.4 d B and the effective absorption bandwidth covers the whole X band from 8.2 to 12.4 GHz. A control test shows that, with the same absorbent content, the CNTs/Ti_3C_2-SA foam exhibits a far better EM performance than that of CNT-free Ti_3C_2-SA foam.     

Design and characterization of calcium-free in-situ gel formulation based on sodium alginate and chitosan

The aim of this study was to prepare and evaluate calcium-free sustained release drug delivery systems, based on the in-situ gelation of oral suspensions containing chitosan, sodium alginate and Ranitidine as drug model. The combined effects of polymer concentrations and their interactions on the rheological characteristics of both gels and suspensions and, on the kinetics of drug release were evaluated by using a central composite face-centered design. Rheological analysis showed that suspensions were potentially stable, with a viscosity increased by 1000 times compared to that of water. In addition, the obtained gels were consistent; their storage modulus could reach values close to 50?kPa when alginate concentration was greater than 7.5?g/100?mL and chitosan was fixed to 0.5?g/100?mL. In these conditions gels should have a higher gastric residence time, in comparison to the standard gastric emptying time (～2?h). Evaluation of the in-vitro release kinetics of Ranitidine showed that the association of the lowest concentration of chitosan (0.5?g/100?mL) with higher alginate concentrations generates sustained release kinetics profiles. The time corresponding to 63% of release was found close to 1.5?h, in which case the process is governed by Fickian diffusion. Finally, calcium-free alginate-chitosan based on the in-situ gelation of suspensions is advantageous as a drug delivery system for sustained-release.