气凝胶薄膜材料的制备与应用研究进展

概述了用溶胶-凝胶法制备气凝胶薄膜的过程,重点介绍了各种薄膜成型工艺,如旋涂法、浸渍提拉法、喷涂法、浇铸法等。根据国内外相关研究报道,综述了近年来各类气凝胶薄膜在制备及应用方面所取得的突破性进展;同时指出,气凝胶薄膜材料的功能化基础研究体系还不够完善,在规模化实际应用方面亟待寻找成本低廉、便于生产的制备工艺。

芳纶纳米纤维合成及其气凝胶薄膜制备

研究在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的辅助下,采用聚合诱导自组装的方式制备芳纶纳米纤维(ANF)。在传统的对苯二胺(PPD)与对苯二甲酰氯(TPC)溶液缩聚工艺中,由于聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)的液晶特性,会随着链的增长而聚集沉淀,该研究创造性地采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP),可以控制PPTA分子的聚集程度,形成稳定的聚集体,从而驱动PPTA分子的自组装,最终获得芳纶纳米纤维(ANF)。利用获得的ANF溶液,通过刮涂法、非溶剂诱导相分离步骤,制备气凝胶薄膜的前驱体,最后经过冷冻干燥后得到芳纶气凝胶薄膜。通过傅里叶红外光谱、X射线衍射表征了ANF的化学结构,证实获得产物结构为聚对苯二甲酰对苯二胺;通过扫描电镜观察ANF的微观形貌,结果表明,制备的芳纶气凝胶薄膜为纳米纤维构筑的三维网络;通过热失重分析了气凝胶薄膜的热稳定性,结果表明,气凝胶薄膜的热降解温度高达535℃;通过氮气吸附解吸附测试得到气凝胶薄膜的比表面积高达175m2/g。并且,气凝胶薄膜的拉伸强度高达3.5MPa。与真空辅助过滤方式相比,该方法简化了芳纶气凝胶薄膜的制备工艺,有利于提高生产效率。

疏水型SiO_2气凝胶薄膜的制备

二氧化硅气凝胶薄膜是一种应用广泛的功能材料。本文采用sol gel技术和dip coating镀膜工艺 ,在玻璃表面上形成了SiO2 气凝胶薄膜 ,对SiO2 膜层进行表面修饰处理 ,得到了疏水型SiO2 气凝胶薄膜。研究了催化剂与老化过程对薄膜物性的影响。结果表明 :该疏水膜能使玻璃表面与水的接触角由5 0°提高至 12 5° 。

疏水改性对SiO_2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。

疏水型二氧化硅气凝胶薄膜的制备

采用sol-gel技术、dip-coating技术和表面修饰相结合的镀膜工艺,在玻璃表面上形成了SiO2气凝胶薄膜。利用XRD、EDS、红外光谱以及自制接触角测试仪多种测试手段,对二氧化硅气凝胶薄膜进行了测试。结果表明:采用三者相结合技术制备的SiO2气凝胶薄膜呈非晶态、纯度较高,润饰角达到75°,具有良好的疏水性能。

溶胶—凝胶法制备SiO_2气凝胶薄膜溶胶粘度的研究

用低介电常数介质薄膜代替传统的SiO2薄膜是减小ULSI中互连延迟、串扰和能耗的有效方法。SiO2气凝胶薄膜因具有低介电常数、低密度、高热稳定性等性能而成为ULSI中金属间介质的理想材料。以正硅酸乙酯为原料,采用酸/碱两步溶胶—凝胶法结合匀胶和超临界干燥等工艺在硅片上成功制备了SiO2气凝胶薄膜。研究了不同配比的SiO2溶胶粘度随时间的变化;确定了适于匀胶的溶胶的粘度范围为9～15mPa·s;发现溶胶粘度在9～15mPa·s的时间随溶剂异丙醇(IPA)用量的增加和NH4OH的减少而延长。

常压干燥法的疏水型低介电常数气凝胶薄膜(英文)

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120o,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。

气凝胶薄膜制备的研究进展

气凝胶薄膜作为一种具有独特特性的薄膜材料,在光学、热学、声学、微电子等领域受到广泛关注。概述了气凝胶薄膜的溶胶制备和溶胶镀膜制备工艺,对比了气凝胶溶胶的酸催化、碱催化和酸碱两步催化等制备方法;介绍了浸渍提拉法、旋转镀膜法等溶胶镀膜方法;综述了溶胶制备和镀膜等工艺条件对气凝胶薄膜结构和性能的影响及其研究进展,指出酸碱两步法和金属等杂化是提高气凝胶薄膜性能的有效途径;最后展望了气凝胶薄膜材料的发展和应用前景。

SiO_2气凝胶薄膜的性能、应用与制备方法

SiO_2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SiO_2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。

干燥控制化学添加剂对SiO_2气凝胶薄膜形貌和性能的影响

为了快速制备平整高透过率SiO2 气凝胶薄膜,以正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,乙二醇甲醚（EGGME）为溶剂,氟化铵为催化剂,甲酰胺（FORM）等为干燥控制化学添加剂（DCCA）,通过浸渍提拉法制备SiO2 气凝胶薄膜.采用傅里叶变换红外分析仪（FTGIR）、X 射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、原子力显微镜（AFM）、表面孔径吸附仪对材料的结构和性能进行表征,紫外-可见分光光度计（UV-Vis）考察了材料的减反性能. 结果表明,所制SiO2 气凝胶薄膜的比表面积为890.9m^2/g,孔径集中分布在22.6nm 处,孔容集中分布在0.69cm^3/g,400-800nm 范围平均透过率可达95.71%.这种均匀、平整、致密的膜层,是理想的光学减反膜.

常压干燥制备微米级厚度RF气凝胶薄膜

以间苯二酚(Resorcinol)和甲醛(Formaldehyde)为前驱体,溶胶-凝胶法为主要方法,采用旋转涂膜,通过控制溶液配比及环境条件,用常压干燥方式取代通常的超临界干燥,成功制备出厚度在微米级的有机气凝胶薄膜.SEM照片显示,该薄膜具有与块体气凝胶相似的网络结构.分析了旋转涂膜和常温干燥过程对最终成膜的影响.结果发现,增大凝胶孔隙结构和优化凝胶老化方式是实现常压干燥的关键因素.

SiO_2气凝胶薄膜的介电性能

采用MIS结构测量了SiO2气凝胶薄膜的介电性能,其介电常数可低于2.5。验正了薄膜的介电常数与孔洞率或折射率的计算公式;探讨了SiO2气凝胶薄膜的介电色散行为和介电极化机制,指出了薄膜的低介电常数是其纳米多孔结构和疏水性能共同作用的结果。

旋转涂膜法制备ICF靶用气凝胶薄膜工艺研究

以间苯二酚(resorcin01)、甲醛(formaldehyde)为有机反应的前驱体,以溶胶—凝胶法(sol—gel)为主要反应历程,通过旋转涂膜法镀制厚度在100μm以下的,与传统块体制备方式不同的有机气凝胶(organicaerogel)薄膜。研究了在涂膜过程中,旋转角速度、涂液的表观粘度以及旋转时间对涂层厚度的影响。结果发现:涂液的表观粘度和旋转角速度是影响薄膜厚度的最主要因素。

Eu^(3+)在SiO_(2)气凝胶薄膜中的发光动力学过程

利用溶胶-凝胶法制得了Eu3+掺杂SiO2气凝胶薄膜,通过原子力显微镜对样品的形貌结构进行了观测,测量了样品的激发-发射光谱和时间分辨光谱,研究了Eu3+的发光动力学过程,所得结论与实验值的拟合结果相一致。

V2O5常压干燥气凝胶薄膜的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶技术制备溶胶,结合提拉镀膜方法,通过溶剂替换工艺在常压下制备出了纳米多孔结构的V2O5气凝胶薄膜.使用XRD、椭偏仪、XPS分别测试薄膜的晶态结构、折射率、表面成分,采用标准三电极法研究了薄膜的电化学伏安循环特性以及充放电性质.结果表明,经过溶剂替换薄膜孔隙率得到增加,比容量得到显著提高,可逆性也得到了改善;热处理使薄膜致密,孔隙率降低,样品在300℃热处理后V5+的含量增加,比容量有所提高.

碳气凝胶薄膜制备研究进展

简介了碳气凝胶材料的物理化学性质,阐述了碳气凝胶及其薄膜的潜在应用,综述了碳气凝胶薄膜的制备现状。联系结构特征,分析了影响碳气凝胶膜化制备的主要因素。对比无机气凝胶薄膜,提出了新的可能的制备方法。

芳纶纳米纤维/碳纳米管杂化气凝胶薄膜电磁屏蔽性能优异

前不久,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所(简称:苏州纳米所)研究员张学同与海南大学教授陈永平合作,将高强度芳纶纳米纤维(ANF)与导电/热的碳纳米管(CNT)复合,制备出ANF/CNT杂化气凝胶薄膜,可同时获得优异的力学性能和电学性能,最后辅以疏水的氟碳(FC)树脂,制备出疏水的FC-ANF/CNT气凝胶薄膜。

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、SiO_(2)、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。

SiO_2气凝胶薄膜常压制备与强化研究

采用溶胶 凝胶技术 ,结合碱性催化和低表面张力溶剂交换以及非活性CH3基团置换修饰 ,在常压条件下成功地制备了孔隙率为 77%、折射率为 1.12纳米多孔SiO2 气凝胶薄膜 .采用氨和水蒸气混合气体热处理技术提高薄膜的耐磨性、附着力等力学特性 .使用透射电镜 (TEM)、扫描电镜 (SEM)分别观察了溶胶的颗粒结构和薄膜表面形貌 .应用傅里叶转换红外光谱仪 (FTIR)研究了薄膜经表面基团修饰前后的红外吸收光谱以及后处理对薄膜红外ω4 (TO3)吸收峰位置和半宽度的影响 .采用椭偏仪测量薄膜的厚度和折射率 .耐摩擦和附着力测试表明 :混合气体热处理显著地增强了SiO2 气凝胶薄膜纳米结构 .薄膜结构增强归因于混合气体热处理产生的SiO2

芳纶纳米纤维气凝胶的研究进展

为推动芳纶纳米纤维气凝胶从实验室走向实际应用,系统介绍了芳纶纳米纤维气凝胶国内外研究现状。首先分析了气凝胶领域面临的主要困难,阐述了芳纶纳米纤维气凝胶开发的重要意义;随后介绍了构筑单元芳纶纳米纤维的制备方法及其流变学行为,为后续芳纶气凝胶材料的制备提供参考;最后重点综述了芳纶气凝胶纤维、芳纶气凝胶薄膜以及3D打印芳纶气凝胶的制备、性能及应用等研究现状,总结了制备过程中一系列新型溶胶-凝胶转变原理,概述了芳纶气凝胶材料性能提升的策略以及在热管理、智能防护和分离过滤等新兴领域中的应用前景。分析认为,芳纶纳米纤维气凝胶发展仍处于初期阶段,优化芳纶纳米纤维气凝胶制备技术、进一步提升其性能仍将是研究的热点与重点。