硅烷偶联剂改性对气相SiO_(2)电缆绝缘复合材料性能的影响

气相SiO_(2)是一种多孔的纳米材料,具有低介电常数、耐高温和耐辐射等优点,作为SiO_(2)电缆的绝缘材料在航空航天等领域得到广泛应用,但气相SiO_(2)复合材料表面存在大量硅羟基使之容易吸潮,因此研究改性剂对气相SiO_(2)复合材料介电性能的影响具有重要意义。选用3种不同的硅烷偶联剂(KH550、KH560、KH570)对气相SiO_(2)电缆绝缘复合材料进行改性,采用显微结构分析、红外光谱分析、宽频介电阻抗谱仪分析等方法研究了不同硅烷偶联剂对气相SiO_(2)电缆绝缘复合材料疏水性能以及介电性能的影响。结果表明硅烷偶联剂KH570对气相SiO_(2)电缆绝缘复合材料的改性效果最好,改性后复合材料吸潮率降低了89.95%,10MHz频率下介电常数和介电损耗角正切分别减小8.63%和31.85%,大幅度提高了气相SiO_(2)电缆绝缘复合材料的疏水性能和介电性能。

气相SiO_(2)复合水凝胶聚合物电解质用于近中性锌-空气电池

近中性锌-空气电池具有对锌负极良好的沉积/剥离相容性和对空气中二氧化碳的化学稳定性,在长循环方面展现出极高的应用前景。然而,液态电解质固有的水分挥发问题和可穿戴设备所需的柔性等需求,限制了这一体系的实际应用。本研究复合了具有高离子电导率和机械强度的聚丙烯酰胺聚合物骨架、具有丰富硅羟基的保水添加剂气相SiO_(2)和对二氧化碳稳定的近中性电解液,制备了气相SiO_(2)复合水凝胶聚合物电解质(SiO_(2)-HPE)。所合成的SiO_(2)-HPE聚合程度高,表面孔道丰富且元素分布均匀。SiO_(2)表面丰富的硅羟基通过改变HPE中的氢键网络,加强了对水分子的束缚,SiO_(2)-HPE因此展现出了良好的保水性、优异的机械性能和较高的离子电导率,是一种理想的柔性锌-空气电池电解质。基于SiO_(2)-HPE组装的近中性锌-空气电池,在相对湿度为30%的条件下,循环寿命可达200 h。此外,基于SiO_(2)-HPE的柔性近中性锌-空气电池器件在弯曲和剪切等特殊条件下都展现出优异的性能,并且可作为电源为不同的用电器供电,是一种极具潜力的下一代电化学储能器件。

表面改性气相SiO_(2)乳液对PVC糊树脂性能的影响

以水、乳化剂、气相SiO_(2)、硅烷偶联剂为原料制备了表面改性气相SiO_(2)乳液,考察了其对PVC糊树脂经时黏度、绝缘性能、透明性能和力学性能的影响。

重掺硅片表面APCVD法生长SiO_(2)薄膜的致密性

在硅片加工过程中,金属杂质的存在会增大pn结器件的漏电流,甚至直接导致pn结禁带宽度变窄,为防止出现硅外延过程中造成的自掺杂现象,通常在硅片表面生长一层高致密性的SiO_(2)薄膜。基于常压化学气相沉积(APCVD)法在6英寸(1英寸≈2.54 cm)n型硅片表面生长SiO_(2)薄膜,首先研究不同沉积温度、SiH_(4)和O_(2)的体积流量比对沉积速率和SiO_(2)薄膜致密性的影响,进一步探究了不同退火温度对SiO_(2)薄膜致密性的影响,以期获得致密性较高的SiO_(2)薄膜。采用HF腐蚀速率法表征其致密性,采用扫描电子显微镜(SEM)观察SiO_(2)薄膜的表面形貌,采用F50膜厚测试仪测试SiO_(2)薄膜的厚度。结果表明,沉积温度为400℃,SiH_(4)和O_(2)的体积流量比为1∶10,退火温度为1100℃时,制备的SiO_(2)薄膜的致密性为0.096 nm/s(采用体积分数为1%的HF腐蚀)。

SiO_(2)基复合隔热材料制备及其性能研究

通过静电纺丝技术制备出柔性SiO_(2)纳米纤维,将其与亲水型气相SiO_(2)混合均匀后,采用半干法压制得到SiO_(2)复合隔热材料。研究结果表明,柔性SiO_(2)纤维为亲水型气相SiO_(2)提供了空间网络骨架,在未明显提高其导热系数的基础上提高了其抗折强度。

SiO_(2)气凝胶复合材料及其在航空航天领域的研究进展

航空航天作为目前最前沿、最基础和最具影响力的科学技术研究领域,其科学研究发展水平是衡量国家科学技术创新性的重要标志。航空航天保温隔热材料作为航空航天技术发展最重要的技术支撑,如何制备出具有良好保温隔热性能和机械强度的材料对航空航天技术的发展具有重要意义。SiO_(2)气凝胶凭借超低热导率、高孔隙率、高比表面积和超低密度等优异性能,在深空探测器、太阳能翻板、航天飞机发动机、固体火箭助推器和返回舱底座等特种工程设备材料中具有较好的应用前景。近年来,随着SiO_(2)气凝胶研究方法与制备技术的不断发展,通过将其与具有高强度、耐高温性等功能材料进行复合,可协同提升其保温隔热和机械强度等性能,对航空航天特种工程材料发展至关重要。鉴于此,本文简述了SiO_(2)气凝胶的发展历程,详细分析总结了SiO_(2)气凝胶与常见氧化物、纤维增强和有机聚合物等增强材料复合形成的气凝胶复合材料在航空航天领域的研究进展,主要从SiO_(2)气凝胶复合材料的制备方法、结构特征、保温隔热、力学性能等方面进行评述,并展望了SiO_(2)气凝胶复合材料在该领域研究应用所存在的问题、面临的挑战和未来发展方向。

二氧化硅包覆活性氧化铝粉体的制备及高温相变行为研究

γ-Al_(2)O_(3)具备高分散度、高比表面积和良好的吸附性,是催化剂领域应用最广泛的载体之一,但其高温相变引发性能大幅降低的问题成为推广应用的制约因素.采用新型旋转化学气相沉积(RCVD)技术,以正硅酸乙酯(Si(OC_(2)H_(5))_(4),TEOS)为原料,用氧气加速热分解的方式实现了非晶SiO_(2)纳米层在γ-Al_(2)O_(3)粉体表面厚度可控的均匀包覆,具有工艺简单、应用方便等优点.研究了不同温度煅烧条件下对SiO_(2)包覆层的形貌和厚度的影响,结合微观形貌、相成分以及傅立叶红外光谱分析等测试结果,阐明了SiO_(2)纳米层在γ-Al_(2)O_(3)粉体表面包覆行为.结果表明,通过控制TEOS的流量,在γ-Al_(2)O_(3)表面均匀包覆了厚度在3~24 nm的非晶SiO_(2)纳米层,并将γ-Al_(2)O_(3)晶格重构转变温度从1200℃提升至1400℃.处于悬浮状态的γ-Al_(2)O_(3)基体和SiO_(2)包覆物之间通过化学反应产生的牢固化学键形成均匀致密的包覆层,而SiO_(2)包覆层能够阻滞Al-O键的移动使包覆后的γ-Al_(2)O_(3)开始相变温度提升了200℃.机理分析表明,由于在γ-Al_(2)O_(3)表面包覆的非晶SiO_(2)能够对过渡态氧化铝表面阳离子空位进行有效填充,抑制了离子扩散,从而提高了γ-Al_(2)O_(3)的稳定性.

低膨胀石英玻璃的制备技术与发展趋势

低膨胀石英玻璃(Low-expansion quartz glass)是指掺有低膨胀氧化物的石英玻璃,其热膨胀系数比一般的石英玻璃低一个或两个数量级,基于这种特质,低膨胀石英玻璃受到了许多人的关注。然而,随着高新技术的快速发展,低膨胀石英玻璃的性能已不能满足新技术领域的需求,直到1968年研制出SiO_(2)-TiO_(2)石英玻璃。相较于其他低膨胀石英玻璃,SiO_(2)-TiO_(2)石英玻璃的热膨胀系数更低,在一定温度范围内甚至可以做到零膨胀或负膨胀,因此掺钛石英玻璃又被称为超低膨胀(Ultra low expansion,ULE)石英玻璃。SiO_(2)-TiO_(2)石英玻璃凭借优秀的性能被广泛应用于半导体、航空航天、电子、光学等领域。SiO_(2)-TiO_(2)石英玻璃通常有以下几种制备方法——溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、气相轴向沉积法和等离子体化学气相沉积法等,其中,火焰水解沉积法使用较为广泛,具有成熟的工业应用。

氟碳涂料中主组分对涂层性能的影响

为促进低表面能氟碳涂料的研究应用,使用能谱仪(EDS)、扫描电镜(SEM)、接触角测量仪和划格试验法对FEVE(氟烯烃-乙烯基醚或酯的共聚物)氟碳涂料涂膜表面进行表征和测试,考察了氟碳涂料中的偶联剂、填料及颜料含量对涂层性能的影响。结果表明:涂层表层比底层的氟含量要高,且存在纳米级的"突起";偶联剂含量大于3.0%时涂层的憎水性接触角和附着力较好,但不影响涂料的耐腐蚀性能;金红石型TiO_2含量增加会降低涂层的憎水性,附着力提高,耐腐蚀性能增强;气相SiO_2对憎水性接触角的影响不大,但随着其用量的增加,附着力下降,耐腐蚀性能先增强后稍有下降。涂料中偶联剂添加量为5.5%-8.5%、金红石型TiO_2添加量为2.0%-6.0%、气相SiO_2添加量为2.5%-6.1%时有利于提高低表面能氟碳涂层的性能。

在含二氧化硅的介电基体表面制备碳纳米材料的研究进展

碳纳米材料作为21世纪的明星材料,具有优异的光、电与力学性能。其制备过程中需要金属基底进行沉积与催化,然后将制备的碳纳米材料从金属基底转移到含SiO_(2)的介电基体进一步构筑电子器件。但在转移过程中会引入碳纳米材料的褶皱、破损等结构缺陷,以及金属和试剂残留,造成电子器件性能下降。因此,直接在含SiO_(2)介电基体表面制备碳纳米材料具有重要意义。总结了近年在含SiO_(2)介电基体表面制备碳纳米材料的研究进展,阐述了金属扩散-析出法、化学气相沉积法、分子束外延生长法等多种制备手段;介绍了石英玻璃、玻璃纤维两种主要含SiO_(2)介电基体生长碳纳米材料的特点与性能,并提出了在含SiO_(2)介电基体表面制备碳纳米材料的研究难点与趋势。

气相二氧化硅改性沥青的流变性能及改性机制

纳米SiO_(2)(NS)可有效改善沥青的力学性能但价格高昂,气相SiO_(2)(FS)同样为纳米级材料且价格仅为NS的1/10。为评估FS代替NS的可行性,通过多重应力蠕变回复试验(MSCR)、线性振幅扫描试验(LAS)和弯曲梁流变试验(BBR)对比了普通SiO_(2)(OS)、FS、疏水纳米SiO_(2)(MNS)分别在掺量为3wt%时对基质沥青(Esso,ES)流变性能的影响。结果表明:FS对沥青高温抗车辙性能和中温抗疲劳性能的改善是三者中最好的,对低温抗裂性能的损害是最弱的。此外,借助SEM、变温红外光谱(VT-IR)、温度扫描(TeS)、TGA和DSC分析FS对沥青的改性机制,推断出FS特有的初级支化结构及其形成的“沥青-水团簇”体系是提升沥青性能的关键。因此,FS是一种性价比高的纳米级沥青改性材料。

工艺参数对消防服用隔热薄膜导热性能的影响

为提高消防员的工作效率,保障他们的生命安全,开发性能优良的轻质消防服刻不容缓。采用成膜法,突破传统工艺手段,将SiO_(2)气凝胶、微胶囊相变材料与纺织材料有效结合,制备轻质高性能隔热薄膜,研究制备工艺中刮刀设定的薄膜厚度(理论厚度)、刮刀速度、无水乙醇与蒸馏水配比等参数对薄膜导热性能的影响。结果表明随着理论厚度和刮刀速度的增加,导热系数先降低后增加,当理论厚度为500 μm或刮刀速度为50 mm/s时,薄膜的导热系数最小;当无水乙醇与蒸馏水配比为5∶3时,其导热系数最小。这为科学合理地设计轻质高性能隔热薄膜,优化轻质高性能热防护材料的性能提供了必要的理论依据。

在不同基底上APCVD生长石墨烯及其生长机制

石墨烯的常压化学气相沉积(APCVD)生长通常在具有催化活性的Cu、铜镍(Cu-Ni)合金等金属基底表面进行,生长基底的单一性和模糊的生长机制大大限制了APCVD在石墨烯大规模制备中的应用前景。使用乙醇作为液态碳源,在石墨烯的APCVD生长过程中,调控生长时间和生长基底,在铜箔、Cu-Ni合金和SiO_(2)/Si基底表面实现了石墨烯的可控快速生长。1 min生长时间可在铜箔和Cu-Ni合金基底上分别生长高质量均匀的单层与双层石墨烯,5 min生长时间可在不具催化活性的SiO_(2)/Si基底上完成石墨烯的生长。此外,在石墨烯生长过程中,采用气相色谱对液态碳源乙醇高温裂解后碳原子的去向进行分析,发现采用不同基底时,在APCVD乙醇裂解生长石墨烯的过程中CO和CO_(2)的体积分数存在差异,以此推断不同基底表面上石墨烯生长行为的差异和生长过程中基底起到的催化作用。此工作对探明石墨烯的APCVD生长机制以及实现SiO_(2)/Si基底上石墨烯的APCVD生长具有重要的意义。

赤泥脱碱试验研究

针对拜耳法赤泥含碱高易使土壤盐碱化等难题,分别以气相纳米二氧化硅、酸性土壤、城市污泥为脱碱剂对赤泥进行脱碱试验研究。通过对赤泥脱碱前后的酸碱度测定及物相分析,研究了液固比、不同脱碱剂及添加量等因素对赤泥脱碱效果的影响规律。结果表明:纳米SiO2加入量为赤泥量的0.60%时,常温反应20天后赤泥中钙霞石矿物明显减少,有硅酸盐矿物出现并迅速增加,并伴有硬柱石生成,实现了碱的固化;赤泥与酸性土壤质量比为1∶3时,3天后赤泥接近中性;城市污泥的质量是赤泥量的10倍时,赤泥脱碱效果明显。