二氧化硅气凝胶复合材料可重复使用性能研究

为研究二氧化硅气凝胶复合材料可重复使用性能,根据二氧化硅气凝胶复合材料的实际使用情况,对二氧化硅气凝胶复合材料在400℃下单面加热10次,每次保温1800s,通过对其质量损失率、尺寸收缩率、隔热性能、微观结构变化进行监测的手段对二氧化硅气凝胶复合材料在400℃下的稳定性进行评价。结果表明,经过10次单面加热的二氧化硅气凝胶复合材料表现出了优异的稳定性能,其中质量损失率、XYZ方向尺寸收缩率、常温热导率、高温热导率以及微观结构变化都非常小。综合来看,二氧化硅气凝胶复合材料在400℃下单面加热10次的使用条件下能够安全使用。     

纤维增强气凝胶柔性隔热复合材料的制备

以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,酸碱催化两步法配制溶胶,浸渍柔性纤维毡后进行超临界干燥制备柔性隔热复合材料.研究表明,随着超临界干燥溶胶之前老化时间的延长(1 h～7 d),复合材料在600℃下的抗拉强度变大(0.13～0.21MPa),红外光谱分析确定是由于其水解程度变大.复合材料中的纯气凝胶比表面积为209.8 m2/g,平均孔径为18.8 nm.场发射扫描电镜照片表明气凝胶很好地填充于纤维之间,避免了纤维与纤维的接触.从而柔性复合材料具有低热导率,120、500℃下分别为0.019、0.054 W/m·K.     

硅铝纤维复合气凝胶的制备及热学稳定性

以正硅酸四乙酯(TEOS)和仲丁醇铝(ASB)为前驱体,硝酸为催化剂,复合莫来石纤维为增强支撑骨架,在不使用螯合剂情况下,采用溶胶-凝胶技术,超临界干燥制备了块体硅-铝纤维复合气凝胶。制备的样品分别进行600,800和1000℃热处理。利用扫描电镜、红外分光光度计、X射线衍射仪、Hotdesk热导率分析仪等仪器对复合气凝胶的微观形貌、结构及热性能进行表征。硅铝复合气凝胶在室温下热导率为0.035W/m·K,复合气凝胶的热导率随着温度的升高而升高。硅铝纤维复合气凝胶室温下的热导率为0.046W/m·K,高温处理后的收缩率相比硅铝复合气凝胶有所降低。     

SiO2气凝胶涂料的制备及应用研究进展

SiO2气凝胶自1931年由美国科学家Kistler制备问世以来,因其热导率低、比表面积大、孔隙率大等优异性能一直被研究者所青睐.随着研究的深入,SiO2气凝胶的制备加工工艺得到了优化,使用性能在一定程度上得到了较大提升,研究方向也从早期的制备、性能研究发展到现在的应用研究.现已研制开发出许多具有特殊功能的全新产品,并通过与其他材料的复合得到性能更优越的SiO2气凝胶复合材料,使其在航天航空、军事、建筑、医学等领域得到越来越广泛的应用.在SiO2气凝胶众多应用领域中,其在涂料中的运用是极为重要的一个分支.针对目前SiO2气凝胶涂料推广应用难等现实情况,先对SiO2气凝胶及其涂料制备过程中存在的主要问题做简要阐述,再将利用SiO2气凝胶在某些方面的突出性质而制成的功能涂料进行分类,并从SiO2气凝胶在各种功能涂料中的作用机理出发,对不同功能的SiO2气凝胶涂料的研究进展情况进行归纳总结,在此基础上,展望了未来SiO2气凝胶涂料的发展方向.     

气凝胶微球表面改性及对隔热涂料的影响

制备并表征了完全疏水及表面亲水改性两种二氧化硅气凝胶微球,研究了疏水型,表面亲水型及润湿剂处理气凝胶微球后隔热涂料的热导率。结果表明,表面亲水改性后,硅羟基及氨基被嫁接到气凝胶微球表面,气凝胶微球压片与水滴的接触角减小,表明二氧化硅气凝胶微球的亲水性增强;表面亲水改性及润湿剂处理有助于增加气凝胶微球与聚合物之间的相容性,同时减小疏水气凝胶微球在聚合物中的团聚,热导率检测显示润湿剂处理后的气凝胶隔热涂料热导率比内疏外亲气凝胶微球隔热涂料热导率更低,而三者中疏水二氧化硅气凝胶微球隔热涂料的热导率最高。     

SiO2气凝胶保温隔热材料在建筑节能技术中的应用

Si O_2气凝胶是一种三维空间网络结构固体材料,具有低密度、低热导率、高光透过率、高孔隙率以及高比表面积等特性,同时还兼有防火、防水等优良性能,是一种不可多得的轻质、环保、多功能材料,在建筑保温隔热领域有着广阔的应用前景。以建筑节能为目标,简要叙述了对Si O_2气凝胶的研究,从制备原材料种类的多样化,以及原材料和干燥成本降低等方面论述了其大规模生产应用的可能性,重点阐述了Si O_2气凝胶玻璃、Si O_2气凝胶隔热涂料、Si O_2气凝胶纤维复合材料以及Si O_2气凝胶混凝土和砂浆等在建筑保温隔热方面的应用研究进展;然后,从其所具备的优良特性出发,提出了一种由Si O_2气凝胶材料在建筑节能技术中的应用设想,主要从Si O_2气凝胶材料在保温隔热、防水、防火以及简化施工工艺等方面的优势,构建了全部由Si O_2气凝胶材料替代当前保温隔热材料在建筑节能中的应用体系,最后对Si O_2气凝胶材料在建筑保温隔热中的应用前景做了展望。     

纤维掺杂疏水SiO2气凝胶的制备与表征

采用溶胶-凝胶方法成功制备了陶瓷纤维掺杂的疏水SiO2气凝胶.陶瓷纤维在SiO2气凝胶中起骨架支撑的作用来提高气凝胶的机械性能.SiO2气凝胶的机械强度从没有掺杂纤维的1.6×104Pa提高到掺杂10%纤维的9.6X 104Pa,且掺杂10%纤维的SiO2气凝胶常温常压的热导率仅为0.029 W/(m·K).掺杂SiO2气凝胶的疏水性通过表面修饰也得到了极大的提高.     

制备条件对SiO_2气凝胶孔结构的影响

采用溶胶-凝胶法及超临界流体干燥技术制备了SiO_2气凝胶,系统地考察了醇硅比、水硅比、体系pH值及HF用量等制备条件对SiO_2气凝胶孔径分布及孔型结构的影响.结果发现,随着水量的增加气凝胶的孔径分布逐渐变窄,孔型趋于一致.乙醇不参与溶胶-凝胶反应,醇硅比的增加不会对SiO_2气凝胶的孔径分布和孔结构产生剧烈影响.在较低pH值或弱碱性范围内,pH值对孔型结构的影响较小,制得的气凝胶孔径分布较窄,孔型均一,当pH值＞8.5以后,不利于气凝胶网络结构的形成和均匀分布.HF用量的减少会使得气凝胶的孔径和孔型趋于向宽分布和多样化变化,但变化幅度不是太大.     

石墨烯/SnO2/Cu复合材料微观组织及性能研究

采用微波水热合成法对石墨烯进行表面改性,形成石墨烯/SnO2纳米复合物;将其用于粉末冶金法制备石墨烯/SnO2/Cu复合材料。采用多种分析测试手段对复合材料的微观组织及性能进行研究。结果表明,石墨烯表面吸附的SnO2纳米颗粒不会在复合材料制备过程中脱落,并可有效抑制石墨烯团聚,提高复合材料的致密度、硬度和热导率等性能。本文制备的石墨烯/SnO2/Cu复合材料致密度为91.0%,硬度为166HBW,热导率139W/(m℃),远高于Graphene/Cu复合材料。Graphene/SnO2/Cu复合材料中,界面结合良好,无开裂和界面反应;基体Cu中的刃型位错、形变孪晶以及石墨烯表面的SnO2纳米颗粒,是导致复合材料电导率下降的主要原因。     

裂解SiOC陶瓷内涂层改善炭气凝胶复合材料抗氧化性能研究（英文）

为了提高炭纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的抗氧化性能,以二甲基二乙氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷为原料配制SiOC先驱体溶胶并浸渍炭气凝胶复合材料,经凝胶老化、溶剂交换、干燥、裂解得到含SiOC内涂层炭气凝胶复合材料,重复以上步骤得到不同复合次数的抗氧化复合材料。研究表明随着复合次数增加,复合材料密度和热导率增加,复合3次的密度为0.77g/cm3(未复合之前为0.20g/cm3),热导率为0.33W/m·K(未复合之前为0.11W/m·K)。在空气中1600℃,20min抗氧化测试,质量损失率随着复合次数增加而减小,复合3次的质量损失率为10.33%,线收缩率为1.16%。通过浸渍有机硅溶胶,裂解转化后可在纳米多孔炭气凝胶复合材料内部形成内涂层,明显改善其抗氧化性能。     

环氧氯丙烷引发的氧化钽气凝胶表征(英文)

介绍了一种以环氧氯丙烷为凝胶促进剂,乙醇为溶剂的块状氧化钽气凝胶的合成工艺及气凝胶样品表征。氧化钽气凝胶的微观显微结构分别由场发射扫描电子显微镜(FESEM),高分辨透射电镜(HRTEM)给出,其孔结构及其分布由等温N2吸附实验给出。结果表明,气凝胶的骨架主要由粒径约1.5nm的初级颗粒构成,等温吸附结构表明,气凝胶主要是由微孔和中孔构成的BET比表面积为835m2/g气凝胶样品。     

碳纳米管掺杂SiO2气凝胶隔热材料的制备与性能表征

以正硅酸乙酯（TEOS）和碳纳米管（CNTs）为原料，采用溶胶-凝胶法和常压干燥法制备不同碳纳米管（CNTs）含量的SiO2气凝胶隔热材料。采用DET、SEM、XRD等测试方法考察了添加CNTs对SiO2气凝胶比表面积、孔结构特征和密度的影响。结果表明：添加CNTs不仅能够增强SiO2气凝胶的强度，而且能够在很大程度上提高气凝胶的比表面积，使孔结构分布更加均匀。     

常压干燥法制备过程中衬底类型对二氧化硅气凝胶薄膜形貌的影响

采用常压干燥法,在Ti、SiO₂、GaN、Al和Si 5种衬底上制备二氧化硅气凝胶薄膜,研究衬底类型对二氧化硅气凝胶薄膜形貌的影响。通过XPS法检测二氧化硅气凝胶薄膜与衬底之间的界面结合。采用椭偏仪结合反射光谱拟合的方法对二氧化硅气凝胶薄膜的折射率进行测量。通过原子力显微镜和场发射扫描电镜对二氧化硅气凝胶薄膜的表面及截面形貌进行观测。结果表明,二氧化硅气凝胶薄膜的形成会导致Al衬底表面Al-O中心峰产生0.07 eV的偏离,以及Ti衬底表面Ti 2p_3/2中心峰0.43 eV的偏离。这表明Al衬底和Ti衬底与二氧化硅气凝胶薄膜之间形成了某种化学键。同时,折射指数测量显示,Ti衬底表面形成的二氧化硅气凝胶薄膜折射指数最低(1.17),平均孔隙率(63.8%)比硅衬底表面形成的二氧化硅气凝胶薄膜孔隙率(57.2%)要高。衬底类型对二氧化硅气凝胶薄膜形貌的影响与不同衬底的亲水性有关。由于Ti衬底亲水性最佳,更多的颗粒在Ti衬底表面形核和长大,导致其上制备的二氧化硅气凝胶薄膜具有更大的表面粗糙度,以及更大的颗粒和孔径。     

常压制备低密度高比表面积SiO_2气凝胶的工艺研究

以正硅酸乙酯、乙醇、去离子水、盐酸和氨水为原料制备出SiO_2凝胶后,经老化、表面改性、溶剂置换工艺,再通过常压干燥制备出SiO_2气凝胶,研究了表面改性及溶剂置换工艺对SiO_2气凝胶性能的影响.结果表明,随着表面改性次数和改性剂浓度的增加,气凝胶的密度和比表面积降低;溶剂置换对气凝胶的密度和比表面积影响不大.通过优化的工艺制备出的SiO_2气凝胶具有疏水性,与水的接触角约为118°,密度为0.124 g/cm~3,孔隙率94.3%,平均孔径为23.3 nm,比表面积712 m~2/g.     

Carbon aerogels for electric double-layer capacitors

In this study, carbon aerogels were derived via the pyrolysis of resorcinol-formaldehyde (RF) aerogels, which were cost-effectively manufactured from RF wet gels by an ambient drying technique instead of conventional supercritical drying. By varying the R/C ratio (molar ratio of resorcinol to catalyst), mesoporous carbon aerogels with high specific surface area were prepared successfully and further investigated as electrode materials for electric double-layer capacitors (EDLCs). The textural properties of carbon aerogels obtained were characterized by nitrogen adsorption/desorption analysis and SEM. The electrochemical performances of carbon aerogels were investigated by impedance spectroscopy, galvanostatic charge/discharge and cyclic voltammetry methods. The results show that BET surface area and specific capacitance increase with R/C ratio, the maximum values of 727 m2·g-1 and 132 F·g-1 are achieved at R/C ratio will of 300. Increasing R/C ratio increase the average pore size of carbon aerogel electrode, which has improved the rate capability. Furthermore, EDLC with carbon aerogel electrodes has an excellent stability at large discharge current and long cycle life.     

Comparison of hydrogen cycling kinetics in NaAlH4-carbon aerogel composites synthesized by melt infusion or ball milling

This work compares the initial desorption and hydrogen cycling kinetics of NaAlH₄ melt infused into carbon aerogel with NaAlH₄-carbon aerogel composite synthesized by ball milling. Samples having comparable carbon content (47.4 wt%) prepared by either method yield virtually identical desorption and cycling behavior. Furthermore, the ball milled material can be made with lower carbon content and still maintain only slightly reduced kinetic improvements. Surprisingly, there is no evidence for mixed infused-like and bulk-like behavior even for carbon content as low as 9.1 wt%. Unlike melt infused NaAlH₄, where co-infusion of TiCl₃ catalyst has proven difficult, the ball milled material can easily accommodate co-doping with both carbon and TiCl₃. The inclusion of carbon with TiCl₃ results in a modest but significant improvement in kinetics compared to NaAlH₄ doped with TiCl₃ alone, especially for rehydrogenation. Ball milling with activated carbon produces an improvement very similar to that of carbon aerogel, whereas graphene and graphite have smaller effects, in that order. During cycling of the second stage NaAlH₄ reaction, i.e., Na₃AlH₆ ↔ 3NaH + Al + (3/2)H₂, addition of either activated carbon or carbon aerogel at 23.1 wt%, but without TiCl₃, results in kinetic performance as good as or better than NaAlH₄ doped with TiCl₃.     

Effect of dehydration on porous structure of monolithic aerogels based on fibrous aluminum oxyhydroxide

Aluminum oxide monolithic aerogels (PMAOs) with specific surfaces of up to 400 m²/g and densities of up to 0.004 g/cm³ were obtained by the direct oxidation of metallic aluminum by water vapors. Studies of the obtained aerogels using the methods of scanning and transmission electron microscopy showed that a freshly prepared aerogel represents the amorphous structure from alumina fibrous with a diameter of about 5 nm. Parameters of a porous aerogel structure were determined from the isotherms of adsorption of nitrogen vapors at 77 K. It is shown that the specific surface area decreases by 50% upon the dehydration of aerogel by temperature pretreatment at 900°C until the phase transition temperature is reached. At the same time, heat treatment at temperatures above 1200°C results in a phase transition at which significant contraction of structure occurs and the specific surface area decreases to 20 m²/g. The number of primary adsorption centers was obtained from comparative plots of water vapor adsorption. It was found that preliminary dehydration only slightly affects the number of primary centers of water adsorption.     

常压干燥法制备CNTs掺杂TiO2气凝胶

以钛酸丁酯为原料,乙酸为有机配体,甲酰胺为干燥控制化学添加剂(DCCA),采用溶胶凝胶法制备碳纳米管(CNTs)掺杂TiO2复合醇凝胶,并结合常压干燥等后续工艺,制备了CNTs掺杂TiO2块体气凝胶。采用XRD、BET、TEM、SEM、EDS、DSC及FT-IR等对样品进行表征。结果表明:制备态CNTs掺杂TiO2气凝胶晶型为无定型,比表面积为601.7 m2/g;在氮气保护下,经950℃热处理后,比表面积为136.8 m2/g,TiO2以锐钛矿相存在,且均匀密集包覆在CNTs表面,对甲基橙光降解具有较高光催化活性。     

常压干燥法的疏水型低介电常数气凝胶薄膜

气凝胶薄膜具有超低的介电常数,在超大规模集成电路互连系统中有着巨大的应用潜力.采用溶胶-凝胶技术,通过酸/碱二步法控制实验条件,结合低表面张力溶剂替换以及CH3非活性基团置换修饰、超声振荡等,不需要超临界干燥,而仅在常压下就可以通过简单的提拉过程制备出疏水型低介电常数气凝胶薄膜.测得的红外透射光谱表明所制备的薄膜由于掺入甲基基团而疏水,接触角测试值约120°,制备过程中充分注意到稀释、老化、有机修饰表面、热处理和提拉条件对膜的影响,使其过程达到最佳.热处理温度在150～650℃,采用6%三甲基氯硅烷时,制得的疏水型气凝胶薄膜折射率为1.08～1.12,介电常数为1.62～1.92.