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-Al2O3/SiO2加入量对MgO-Al2O3-SiO2复相陶瓷烧结机理的影响

为了探究纳米-Al₂O₃/SiO₂加入量对MgO-Al₂O₃-SiO₂复相陶瓷烧结行为的作用机理。以微米级MgO、纳米级Al₂O₃和SiO₂为主要原料制备陶瓷基复合材料。通过XRD和 SEM等检测手段对烧后试样的物相组成和微观结构进行测试与表征,重点研究Al₂O₃/SiO₂的加入对复相陶瓷物相组成、微观结构及烧结性能的影响。结果表明:随着Al₂O₃/SiO₂加入量的增大,试样烧后相对密度和烧后线变化率呈先增大后减小再增大的趋势,加入15%Al₂O₃/SiO₂(质量分数)的试样经1 500 ℃烧结后,其相对密度可以达到94%。引入的Al₂O₃/SiO₂与基体中的MgO生成镁铝尖晶石与镁橄榄石相,原位反应伴随的体积膨胀,抵消部分烧结过程中的体积收缩。Al₂O₃/SiO₂加入量为75%(质量分数)的试样经1 400 ℃烧结后,基体中有大量堇青石相生成,随着煅烧温度提高到1 500 ℃,堇青石分解所产生的高温液相促进了试样的烧结收缩。     

SiO2气凝胶对复合隔热涂料性能的影响

以SiO2气凝胶为功能填料,丙烯酸树脂为成膜剂,制备透明隔热涂料。将其涂覆于5mm厚的普通玻璃上制成涂层,并对涂层进行一系列性能测试,包括接触角、红外光谱、光学性能及隔热效果等。结合实验数据分析纳米SiO2含量对复合涂料性能的影响,得出最佳的涂料配方。结果表明,该透明隔热涂料具有良好的化学稳定性和隔热性能,在500W红外灯照射10min时,样品与空白玻璃温差为11℃。     

热蒸发多孔Si/SiO2薄膜的光致发光特性研究

本工作采用热蒸发法制备了多孔Si/SiO_2薄膜,利用拉曼、红外、XRD研究了薄膜的结构,SEM研究了表面形貌,使用光致发光(PL)谱对其发光特性进行了研究。结果表明,激发波长为325nm(2.88eV)时,样品的峰位分别在430nm(2.88eV)、441nm(2.81eV)、523nm(2.47eV)、554nm(2.24eV),激发波长为488nm时,峰位在570nm(2.18eV),采用施主态Si悬挂键≡Si 0位于2.81eV,受主态Si悬挂键≡Si-位于3.00eV处,引入SiOx(x小于2)和Si-O-Si缺陷态能级,能级分别为5.05eV和0.63eV,建立了Si/SiO_2薄膜的能隙态(EGS)模型,并讨论了其发光机制。     

超临界流体干燥法制备TiO2/ Fe2O3 和TiO2/ Fe2O3/ SiO2 复合纳米粒子及光催化性能

以TiCl₄ 、Fe (NO₃ )₃·9H₂O 和Na₂SiO₃19H₂O 为原料, 采用溶胶凝胶法结合超临界流体干燥法(SCFD)制备了纳米级TiO₂/ Fe₂O₃ 和TiO₂/ Fe₂O₃/ SiO₂ 复合光催化剂。以光催化降解苯酚对所得催化剂的催化活性进行了评价。结果表明, 纳米TiO₂/ Fe₂O₃ 复合粒子与单组分TiO₂ 比较, 复合粒子光催化活性高于单组分的TiO₂, 6h 苯酚降解率高达95.9 %。SiO₂ 的加入可以抑制纳米粒子粒径的长大和晶相的转变, 增强TiO₂ 纳米粒子的热稳定性。复合光催化剂中Fe₂O₃ 最佳掺入量为0.06 %, SiO₂ 最佳掺入量为10 %(摩尔分数) 。并用XRD、TEM 和FTIR 等手段进行了表征。TiO₂ 以锐钛矿型形式存在, SiO₂ 以无定性形式存在。比较了不同制备方法制得的TiO₂/ Fe₂O₃ 复合光催化剂, 得出超临界干燥法制备的光催化剂具有粒径小、比表面积大、分散性好、光催化活性高等特点。采用超临界流体干燥可直接得锐钛型纳米复合光催化剂。     

SiO2对铝合金熔体直接氧化的影响

本文研究了在高温空气氛中涂覆在Al-Mg-Si合金表面的SiO₂对铝合金直接氧化的影响规律。实验揭示了SiO₂对Al-Mg-Si合金熔体直接氧化生长表面的形态的影响规律,发现SiO₂有助于Al₂O₃/Al复合材料以光滑的方式进行氧化生长,提高了材料的致密度。实验还发现,SiO₂可消减Al-Mg-Si合金熔体直接氧化所需的孕育期,缩短Al₂O₃/Al复合材料的生长时间。     

纳米SiO2/纤维素复合材料的非均相制备及其性能

采用硅酸四乙酯(TEOS)作为无机前聚物,纤维素为有机组分,利用溶胶-凝胶法在非均相乙醇溶液中制备了纳米SiO₂/纤维素复合材料。通过傅里叶红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)和热重分析(TGA)对复合材料的形貌、结构以及热稳定性进行表征。讨论了SiO₂含量对材料力学性能的影响。研究了主要因素碱催化剂氨水对纤维素与SiO₂复合效果的影响。结果表明,纳米复合材料的弹性模量、拉伸强度随SiO₂含量的增加先增加后减少,质量分数分别为3.1％、10.6％时弹性模量、拉伸强度达到最大。氨水加入量为3.70×10-4 mol/L时,纤维素与SiO₂的复合效果最佳。非均相制备的纳米SiO₂/纤维素复合材料同样也明显提高了纤维素材料的疏水性、热稳定性和力学性能。     

热负载条件对SiO2气凝胶组成及微观结构的影响

通过阶梯升温并结合傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段,研究了不同温度所得SiO₂气凝胶的组成和微观结构,在程序升温条件下通过TG-DTG曲线和无模式函数法研究了SiO₂气凝胶热重行为的变化.结果表明：SiO₂气凝胶主要由7~9 nm球状颗粒构成类线形团簇,进而以团簇为骨架构成三维网络多孔结构;阶梯升温下,随着热处理温度的升高,气凝胶中Si—O—Si基团的摩尔分数逐渐增加,Si—OH和Si—OC₂H₅的摩尔分数逐渐降低,1 073 K时Si—OH基本消失,但存在6.59%的Si—OC₂H₅基团;气凝胶颗粒逐渐长大,部分骨架坍塌,温度达到1 273 K时,颗粒长大至约50 nm,团簇彻底消失,材料发生明显烧结.程序升温下,升温速率越高,气凝胶的热稳定性越好;材料的失重过程分为3个阶段：当反应转化率α < 30%时,主要发生硅羟基(Si—OH)间的缩合;当30% < α < 70%时,主要是硅羟基(Si—OH)与/或硅乙氧基(Si—OC₂H₅)之间的缩合;当α>70%时,主要是硅乙氧基(Si—OC₂H₅)之间的缩合.     

纳米SiO2/尼龙66复合材料的力学性能和热性能

采用熔融共混的方法在双螺杆挤出机上制备出纳米SiO₂/尼龙66复合材料,并对其力学性能和热性能进行了研究。结果表明：复合材料的拉伸强度和弹性模量随纳米SiO₂含量的增加而提高。当SiO₂质量分数为3％时,复合材料的拉伸强度达到最大,增幅为11.2％;当SiO₂质量分数为5％时,弹性模量达到最大, 增幅为30.1％。复合材料的储能模量和玻璃化转变温度较纯尼龙66也有明显提高。差示扫描量热法（DSC）分析显示,纳米SiO₂的加入一方面阻碍了尼龙66的结晶过程,降低了材料的结晶温度;另一方面它又能作为形核剂,增加尼龙66的形核位置,提高形核率。     

纳米SiO2粉体基隔热材料的混合和成型方法研究进展

纳米SiO₂粉体基隔热材料是一种新型高效隔热材料,具有高气孔率、低密度、低热导率、耐高温等特点,其性能与SiO₂气凝胶相类似,被广泛应用于航空航天、冶金、化工、建筑等领域。在纳米SiO₂粉体基隔热材料的制备过程中,混合和成型方法对材料的力学性能和隔热性能影响较大。因此,本文概述了纳米SiO₂粉体基隔热材料的混合和成型方法的研究进展,分析了各种混合和成型方法的特点及其影响因素,讨论了目前存在的主要问题以及未来的研究方向。     

纳米SiO2多孔陶瓷的绝热性能

本文制备了纳米SiO2多孔陶瓷材料,并引入红外遮光剂提高其在高温下的绝热性能。利用场发射扫描电镜、比表面积及孔隙度分析仪、傅里叶红外分析仪和背温试验等方法对该材料的微观结构及绝热性能进行分析,并重点研究了红外遮光剂的作用机理。当添加质量分数为20%、平均粒径为1.07μm的六钛酸钾(K2Ti6O13)作为遮光剂时,试样的最大有效消光系数从19.5m2/Kg提高到60.6m2/Kg,热面温度为600℃的试样的背面温度从252℃降低到148.9℃。红外遮光剂的加入能有效散射和反射红外辐射,显著提高试样的有效消光系数,改善该材料的高温绝热性能。     

烧结温度对包混/复合添加工艺制备多孔SiC陶瓷性能的影响

采用包混工艺合成了核壳结构的先驱体粉体,并引入一定量Al2O3、SiO2和Y2O3复合添加剂,通过成型、炭化和烧结工艺制备了多孔碳化硅陶瓷;分析了样品的物相、表面形貌、孔隙率、热导率、热膨胀系数、抗弯强度和抗热震性能。结果表明,在较低的烧结温度下制得了多孔碳化硅陶瓷,在1650℃烧结的多孔碳化硅陶瓷综合性能较好。     

氧化硅气凝胶隔热复合材料研究进展

氧化硅气凝胶由于纤细的纳米结构,具有极低的热导率,是一种新型轻质保温隔热的理想材料。但其力学性能和高温遮挡红外辐射能力差限制了气凝胶在该领域的应用。通过添加增强体和遮光剂研制气凝胶隔热复合材料是主要的解决方法。本文综述了近年来气凝胶隔热复合材料的制备方法,重点分析了气凝胶复合材料在力学性能和隔热性能方面的研究进展,并指出了存在的问题,对今后的研究提出了展望。     

影响多孔SiO_2聚集体颗粒粒径的因素

在不考虑交互作用情况下,设计了五因素四水平正交实验以考察诸因素对硅灰石制多孔SiO2聚集体颗粒粒径的影响。实验结果表明,当反应时间统一为80min,陈化时间20min,反应温度50～55℃,HCl浓度为12mol/L,硅灰石用量为80g时,表面活性剂种类的选用对多孔SiO2聚集体颗粒粒径的影响最大,表面活性剂加入时间影响最小。     

多孔陶瓷材料应用及制备的研究进展

回顾了多孔陶瓷材料传统的应用领域和制备方法，总结和归纳了多孔陶瓷材料新的应用领域和新的制备方法，指出了当前多孔陶瓷材料的研究热点和今后所要解决的问题。     

成型温度对多孔SiC陶瓷性能的影响

以包混工艺合成了核-壳结构的先驱体粉体,并引入少量Al<,2>O<,3>,SiO<,2>和Y<,2>O<,3>作为复合添加剂,通过模压成型、炭化和烧结工艺制备了多孔碳化硅陶瓷;研究了成型温度对样品的孔隙率、密度、热膨胀系数、抗弯强度和热震性能的影响.结果表明:成型温度对多孔碳化硅陶瓷的孔隙率、密度、抗弯强度及热震性能均...     

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。     

先驱体转化法制备多孔陶瓷的发展现状

多孔陶瓷材料因其优异的性能在各种领域的应用越来越广泛,其制备方法也不断的发展.先驱体转化法制备多孔陶瓷是20世纪末才出现的一种新型工艺,它具有烧结温度低、成型工艺简单、所得制品强度高等优点,引起了科学技术界的广泛兴趣.根据所得多孔陶瓷的形态,先驱体转化法制备多孔陶瓷大致可分为两类:制备本征结构的多孔陶瓷,制备泡沫陶瓷.本文介绍了先驱体转化制备这两类多孔陶瓷的工艺、结构和性能的研究现状,以及其存在的急需解决的问题.