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.     

超级绝热材料SiO2气凝胶制备中的干燥工艺

二氧化硅气凝胶具有极低的导热系数,是目前最有前景的绝热材料之一。不过气凝胶制备过程中的干燥存在着干燥设备昂贵、工艺复杂等问题,使其工业化生产受到限制。为解决这一问题,研究人员对二氧化硅气凝胶的干燥方法进行了一系列的研究。本文对这方面的研究及应用情况进行了概况总结。     

纤维复合二氧化硅气凝胶材料的制备

二氧化硅气凝胶是一种轻质多孔结构材料,具有良好的绝热性能,但其存在机械性能较差的缺点。在溶胶-凝胶法制备气凝胶的过程中,通过对凝胶时间的调控,将高纯二氧化硅玻璃纤维复合于二氧化硅气凝胶中,然后分别采用常压干燥和超临界干燥两种方法制备了气凝胶块体样品。通过X射线衍射(XRD)、比表面积测试(BET)、压汞法(MIP)、场发射扫描电镜(FESEM)、热导率等实验手段对制得的样品进行表征和分析,并与纯二氧化硅气凝胶进行对照。结果表明,复合材料在保持较高比表面积、低密度和低热导率的同时,有效地改善了气凝胶的抗弯曲性能。     

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。     

有机/无机杂化制备低密度高中孔率炭气凝胶

通过溶胶-凝胶途径,将间苯二酚-甲醛预聚物和二氧化硅溶胶混合,在碱性溶液中制备出有机/无机杂化水凝胶.水凝胶经溶剂置换、超临界干燥、裂解和氢氟酸刻蚀制备得到炭气凝胶.采用氮气吸附法研究了水凝胶向炭气凝胶转化的结构演变规律.固定间苯二酚/甲醛摩尔比为0.5,二氧化硅溶胶浓度为15g/100mL,考察了二氧化硅胶体颗粒的尺寸及间苯二酚和甲醛浓度对炭气凝胶孔隙结构的影响.结果表明:无机二氧化硅溶胶骨架有效减少了有机物在超临界干燥和裂解过程中的体积收缩.中孔率随间苯二酚和甲醛浓度的升高而增加,孔隙率随二氧化硅溶胶粒子的增大而减小.当间苯二酚和甲醛质量分数之和的达到20%时,7nm二氧化硅溶胶体系的密度低达0.22g/cm3,中孔率达到96%,12nm二氧化硅溶胶体系的密度低达0.26g/cm3,中孔率达到98%.     

气凝胶结构控制

气凝胶是一种的纳米多孔材料,其独特的与微观结构密切相关,本文结合气凝胶的蛊过程阐述了气凝胶结构控制原理和方法,溶胶－凝胶过程是气凝胶结构形成的过程,催化剂浓度是主要的影响因素,对于硅气凝结而言,催化剂浓度通过影响水解和缩聚的相对速率而影响凝胶结构,而对于酚醛气凝胶而言,催化剂浓度的本现在由交联诱发并控制的微相分离上。在凝胶干燥过程中,由于干燥应生常使凝胶织构遭到破坏,本文对凝胶干燥过程听应力进行了     

疏水性二氧化硅气凝胶性能表征

目前SiO2气凝胶是世界上最轻、隔热性最好、孔隙率较高且声传播速率较低的固体材料,由于其特殊的网络结构使其具有很多独特的性能,而制备疏水性气凝胶是解决常压干燥过程中体积收缩和开裂的关键.采用溶胶-凝胶法以三甲基氯硅烷(TMCS)为化学表面修饰剂通过衍生法制备了疏水性二氧化硅气凝胶,并利用X射线衍射光谱、扫描电镜、能量色散谱、透射电镜、红外光谱、差热-热重分析等测试方法对其结构、形貌及化学组成进行了分析.研究表明:该样品是表面连有疏水基团-CH3的疏水性SiO2气凝胶,且组成其连续网络结构的球状纳米粒子纯度较高、粒径均匀,是热稳定性较高的非晶、多孔、轻质纳米材料.     

耐高温二氧化硅气凝胶复合材料制备及其导热研究

以二氧化硅溶胶为前驱体,利用树脂转移模塑成型(Resin transfer molding,RTM)工艺制备了二氧化硅气凝胶复合材料.对制备的气凝胶复合材料进行了结构表征;对气凝胶复合材料的隔热性能和耐高温性能进行了试验考核,结果显示,20 mm厚材料经过900℃、1000 s的石英灯考核后背温为186℃,材料经过1100℃、1000 s的马弗炉试验后线收缩率为1.2％,该气凝胶复合材料具有优良的隔热性能和耐高温性能.研究了温度对气凝胶复合材料导热的影响,结果表明,气凝胶复合材料的导热系数随温度的升高逐渐增大,900℃导热系数为室温的5倍.研究了气体环境对气凝胶复合材料导热的影响,发现氮气环境下气凝胶复合材料的导热系数随温度的变化与空气环境基本相同.     

常压制备低孔径高比表面积疏水SiO2气凝胶

以正硅酸乙酯为先驱体，丙三醇为干燥控制化学添加刑（DCCA），通过酸碱两步溶胶-凝胶法制备了二氧化硅气凝胶，同时利用六甲基二硅氮皖（HMDZ）和正己烷的混合液对湿凝胶进行表面疏水改性。测试分析了所制备气凝胶的密度、疏水性、比表面积和形貌。结果表明，经过表面改性的SiO2气凝胶具有良好疏水性，与水的接触角约为139．4°...     

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.