硅烷-二氧化硅气凝胶颗粒不同复配比例浸渍处理对增强杨木阻燃性能的影响

以γ-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷水解液(GPS)、二氧化硅气凝胶(SA)为改性剂原料,在质量分数为30%的GPS水解液中,加入占GPS质量2%、4%、6%、8%、10%的SA颗粒,制备复合改性的浸渍液;以杨木(Populus adenopoda)木材为试材,采用对木材试件进行真空加压浸渍处理方法,使用不同配比的复合改性的浸渍液浸渍处理木材试件制备5种复合改性浸渍液的改性木材、使用GPS水解液浸渍处理木材试件制备GPS改性木材、使用占GPS质量6%的SA水溶液浸渍处理木材试件制备SA改性木材;按照相关标准和试验方案,测定改性材的质量增加率、浸渍液流失率、微观形貌、隔热性能、表面接触角、硅元素化学组分构成、热稳定性、燃烧性能,分析硅烷-二氧化硅气凝胶颗粒不同复配比例浸渍处理杨木对增强杨木阻燃性能的影响。结果表明,GPS-SA复合改性有效改善了木材的疏水性,与单纯使用SA颗粒处理木材相比较,GPS-SA复合改性组水洗10 d后浸渍液流失率最高可降低了42%。扫描电镜分析结果表明,GPS主要在木材细胞腔中自聚形成大分子聚合物,而SA颗粒则主要附着于木材的导管上,且随着SA颗粒质量比例提高,SA颗粒团聚现象增加。GPS-SA复合改性后,木材的密度比未处理木材提高38%,而密度变大会导致热导率升高,但“GPS+占GPS质量6%的SA”组的热导率仍比未处理木材降低6%,且面积热容比未处理木材提高59%。热质量分析结果表明,GPS-SA处理,提高了木材的热解温度和剩余物质量。锥形量热仪分析结果表明,“GPS+占GPS质量6%的SA”处理木材比未处理木材的点燃时间滞后28s、热释放速率峰值下降44.5%、热释放总量下降47.8%、烟释放速率峰值降低29.4%、烟释放总量减少39.1%,处理材的CO、CO_(2)产量也明显比未处理材少。综合研究结果,GPS-SA复合处理能有效改善木材阻燃性能,并且制备方法简洁环保。

二氧化硅气凝胶原位填充聚酰亚胺泡沫的结构及隔热性能研究

以超轻质开孔柔性聚酰亚胺泡沫为基体,采用溶胶凝胶工艺制备了一系列二氧化硅气凝胶原位填充的聚酰亚胺复合泡沫。复合泡沫密度10~100 kg/m^(3)可调,厚度1~400 mm可调,最大宏观尺寸可达1m×1m。对其泡孔结构、隔热性能、热性能进行了系统表征,分析了二氧化硅气凝胶原位填充聚酰亚胺泡沫的隔热机理。结果表明:二氧化硅气凝胶的引入,可有效降低复合泡沫室温热导率,提高其隔热性能;随着二氧化硅气凝胶含量的增加,聚酰亚胺复合泡沫的热导率由38.8 mW/(m·K)降低至19.6 mW/(m·K);热端温度300℃时,复合泡沫热导率仅为61.1 mW/(m·K);填充二氧化硅气凝胶后,聚酰亚胺复合泡沫热稳定性大大提高,在900℃下热失重残留量约为80%。

二氧化硅气凝胶的研究进展

二氧化硅气凝胶是一种具有高孔隙率、低密度以及低热导率等特性的纳米多孔材料,在保温隔热、环境净化以及生命医学等领域应用广泛。文章对比分析了不同硅源基气凝胶的性能差异,以及改善二氧化硅力学性能的方法,如纤维和聚合物增强二氧化硅气凝胶以及制备柔性二氧化硅气凝胶,介绍了其在不同领域中的应用,并对其未来的发展趋势进行了展望。

氧化石墨烯掺杂二氧化硅气凝胶的特性研究

为满足高温防护需求,快速制备高强度、低导热系数的气凝胶成为一项重要的科学挑战。采用超临界干燥法,成功通过掺杂氧化石墨烯(GO)的方式,改善了二氧化硅气凝胶的性能。通过电子显微镜观察发现,GO均匀地镶嵌在气凝胶基体中,形成了有效的支撑骨架,显著增强了气凝胶的强度。傅立叶变换红外光谱分析表明,GO与二氧化硅气凝胶之间仅存在物理结合,并未形成明显的化学键。通过氮吸附/解吸测量发现,GO/SiO_(2)气凝胶的比表面积和孔径可以通过调整GO的用量进行可控调节。实验结果显示,当GO含量为质量分数0.5%,1%和2%时,GO/SiO_(2)气凝胶的比表面积分别为895,1294和997 m^(2)/g,与未掺杂的SiO_(2)气凝胶(852 m^(2)/g)相比有所增加。由于GO的加入,GO/SiO_(2)气凝胶的密度(0.07 g/cm^(3))略高于纯SiO_(2)气凝胶(0.06 g/cm^(3)),为其提供了更高的强度和承载能力。此外,GO/SiO_(2)气凝胶的导热系数为0.0176~0.0204 W/(m·K),低于纯SiO_(2)气凝胶(0.0221 W/(m·K))。该研究为SiO_(2)气凝胶在实际应用中的推广和应用提供了新思路。

海泡石纤维增强二氧化硅气凝胶的制备及性能

溶胶-凝胶法常压制备二氧化硅(SiO_(2))气凝胶的产率与性能不足问题限制了其工业化规模应用。本工作以海泡石纳米纤维作为增强体,正硅酸四乙酯作为硅源前驱体,三甲基氯硅烷作为改性剂,采用溶胶-凝胶法、常压干燥制备了海泡石纤维/二氧化硅气凝胶块体材料,测试了力学性能、热性能、火安全性等,并进行了孔隙结构、红外光谱与微观形貌的分析表征。海泡石的纤维骨架可抑制气凝胶块体收缩开裂;纤维在溶胶形成阶段具有异相形核作用,使颗粒细化并提高气凝胶的比表面积,改变孔隙结构;纤维的引入提高了气凝胶的力学性能、高温与烧蚀稳定性和火安全性,降低了导热系数。块体海泡石纤维/二氧化硅气凝胶导热系数可达0.0128 W/(m·K),抗压强度最高为1.20 MPa,阻燃均为V-0级,1300℃烧蚀后形状保持稳定,综合性能优异。

正硅酸四乙酯制备二氧化硅气凝胶及其性质研究

多孔网状纳米材料二氧化硅气凝胶具有密度低、比表面积大等特点,在隔热保温材料、吸附剂、催化剂载体等方面有着广泛的应用。本研究以正硅酸四乙酯为硅源通过控制水量来制备四种前驱体,不同的前驱体在相同的制备条件下一步合成二氧化硅气凝胶。该方法具有工艺时间短、溶剂使用量少、能耗低等特点。采用红外光谱、热重分析、X射线衍射和接触角测量对制备的二氧化硅气凝胶进行性质表征。结果表明不同水量制备的疏水性无定型二氧化硅气凝胶热稳定性存在差异性,适宜的水量有助于气凝胶热稳定性的提高。

二氧化硅气凝胶的制备及性质研究

高度交联多孔网状二氧化硅气凝胶材料拥有高比表面积、高孔隙率、低密度等优点在航空航天、军事应用、节能建筑等方面有着广泛的应用。研究以正硅酸四甲酯为硅源,通过制备过程中水含量的控制来获得四种前驱体,在常压下采用一步合成法成功制备二氧化硅气凝胶。该方法具有工艺时间短、溶剂使用量少、能耗低等特点。采取红外光谱分析、热重分析、X射线衍射分析和接触角的测量对实验室制备的二氧化硅气凝胶进行性质表征,发现其具有良好的热稳定性和疏水性。

二氧化硅气凝胶的制备及应用研究进展

作为一种典型的纳米材料,二氧化硅气凝胶凭借其独特性质在诸多领域被广泛应用,是当前材料科学重点研究领域之一。本文重点分析了二氧化硅气凝胶的制备及应用现状。

二氧化硅气凝胶及其在保温隔热领域应用进展

二氧化硅气凝胶是目前已知最轻的固体材料,具有热导率低、孔隙率高和比表面积大等优点,被誉为新型超级保温隔热材料。然而,二氧化硅气凝胶自身存在力学性能差和制备成本高的问题,大大限制了其在保温隔热领域大规模推广应用。本文简述了二氧化硅气凝胶合成技术和力学性能增强方法,从制备过程控制、老化条件优化、热处理、纤维复合和高分子聚合物复合等方面分析了其对气凝胶性能和工艺的影响,重点介绍了近年来二氧化硅气凝胶保温隔热材料应用在航空航天、军工领域、工业管道、建筑保温以及新能源汽车等领域的研究进展,总结了其在各领域应用的技术挑战。指出未来需进一步拓展二氧化硅气凝胶的使用温区,利用共前体和化学交联等方法增强高温下的隔热性能,同时解决气凝胶纤维复材“掉粉”和微米级粉体分散不均匀等难题,尤其是新能源汽车等新兴应用领域发展迅猛,未来仍需针对新的应用需求对其合成技术进行设计和优化。

柔性增强二氧化硅气凝胶的研究进展

传统二氧化硅气凝胶隔热性能优异、制备工艺成熟,但固有的脆性严重限制了其推广使用。阐述了近年来硅气凝胶柔性增强方面的研究进展,通过详细分析现有柔性增强研究中存在的问题,提出组分增强时要通过适当选择硅烷前驱体,并将其与有机聚合物或纤维复合来构建柔性网络骨架,实现化学结构和网络骨架的调控;在工艺优化方面,详细介绍了仿生干燥技术和3D打印技术2种新工艺。最后,根据柔性气凝胶的未来发展方向,对突破常压干燥技术、开展聚合物交联或纳米纤维增强制备结构有序可控的柔性复合气凝胶进行了展望。

低温真空环境下不同密度二氧化硅气凝胶复合材料隔热性能研究

以正硅酸乙酯、乙醇等为原料,采用溶胶-凝胶反应和超临界干燥工艺制备了密度分别为30、80、120、260、320 kg/m^(3)的纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料,分别在常压、25℃下以及真空、-130~25℃的条件下测定了所制备的气凝胶复合材料的导热系数,研究了复合材料的密度及组成对于气凝胶材料隔热性能的影响规律。结果表明:在常压、25℃条件下,在不同密度的气凝胶复合材料中,密度为120 kg/m^(3)的气凝胶复合材料的导热系数最小(0.013 W/(m·K));密度为30、80、120 kg/m^(3)的气凝胶复合材料的导热系数随密度增大而减小;密度为120、260、320 kg/m^(3)的气凝胶复合材料的导热系数随密度增大而增大。在真空、-130~25℃的条件下,密度为120 kg/m^(3)的气凝胶复合材料的导热系数最小;密度为30、80、120 kg/m^(3)的气凝胶复合材料的导热系数随密度增大而减小。在130℃时,由于密度为320 kg/m^(3)的气凝胶复合材料采用了抗辐射性能优异的预氧丝增强纤维,因此其导热系数最小(0.0062 W/(m·K))。

不同硅源制备二氧化硅气凝胶研究进展

近年来,二氧化硅气凝胶凭借其优异性能在诸多领域被广泛应用。硅源作为制备SiO_(2)气凝胶最重要的组成部分,对获得结构完整、性能优良的SiO_(2)气凝胶至关重要。本文综述了多种硅源为前驱体的SiO_(2)气凝胶发展历程及制备。硅源种类划分为单一硅源和复合硅源。单一硅源主要有水玻璃、硅溶胶、工农业含硅废料及常见硅醇盐;复合硅源通过引入疏水性和功能性基团来改善结构性能,从而实现其在不同领域的应用。最后对SiO_(2)气凝胶硅源的选择、研究现状及前景进行探讨。

疏水性二氧化硅气凝胶的制备及其性能研究

以正硅酸四乙酯(TEOS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)作为共前体,采用溶胶-凝胶法,经过正己烷溶液置换、20%六甲基二硅氮烷(TMDS)的乙醇溶液疏水改性后,通过常压干燥法制备出了具有良好疏水性和有机物吸附性能的二氧化硅气凝胶。当TEOS、MTMS、乙醇、水的摩尔比为1∶3∶5∶70时,制备的二氧化硅气凝胶样品密度为0.182 g/cm~3,与水的接触角为153.5°,对3种不同化学试剂(正己烷、乙醇、二氯甲烷)的吸附能力高达5.2~9.8 g/g。

高强度二氧化硅气凝胶的制备及性能研究

SiO_(2)气凝胶的力学性能较差严重限制了其实际应用。本研究介绍了一种使用甲基三甲氧基硅烷为前驱体,在不加入额外水的条件下,采用酸碱两步催化溶胶-凝胶方法。反应釜凝胶、老化以及超临界干燥工艺制备了高强度SiO_(2)气凝胶。结果表明,SiO_(2)气凝胶具有优异的力学性能,高的抗压强度(6.4 MPa)、低密度(0.253 g/cm^(3))、疏水性(接触角为115°)。此外,所制备的气凝胶还表现出良好的隔热性能。为制备高强度气凝胶提供了一种可行的途径。

二氧化硅气凝胶填充蔺草纤维复合材料的制备及其热隐身性能

天然蔺草纤维具有良好的物化性能和独特的中空多髓结构,被编织为草席、榻榻米等家居产品使用。然而,蔺草纤维木质素含量较高导致柔韧性较差,并且其官能团种类较少导致功能欠缺,限制了它的进一步应用。采用亚氯酸钠和冰醋酸混合溶液对蔺草纤维进行预处理,得到脱木质素蔺草纤维(CTFs),随后通过溶胶-凝胶法在CTFs内部生长二氧化硅气凝胶,制得二氧化硅气凝胶蔺草纤维(SiO_(2)CTFs)。进一步通过真空浸渍的方式制得聚乙二醇二氧化硅气凝胶蔺草纤维复合材料(PEG SiO_(2)CTFs)。对纤维复合材料的形貌、结构、物化性能进行表征,并探究纤维复合材料的隔热和热隐身性能。结果表明:由于二氧化气凝胶具有较好的隔热性能,SiO_(2)CTFs材料的隔热性能进一步提高,导热系数低至0.039 W(m·K),隔热能力比CTFs提高了71.7%,比表面积最大可达270.01 m^(2)g,比CTFs提高了37.8倍;由于PEG的出色的储热能力以及吸收红外热辐射的功能,故PEG SiO_(2)CTFs具有明显的红外热隐身特性。研究结果为蔺草纤维的应用提供了新的技术路径。

聚酰亚胺/二氧化硅气凝胶复合材料研究进展

二氧化硅(SiO_(2))气凝胶是一种纳米多孔固体材料,具有比表面积和孔隙率较大、热导率较低等特点,但其力学性能较差。引入力学性能优良、耐高低温、热稳定性好的聚酰亚胺(PI)与SiO_(2)气凝胶复合,可制备出兼具二者优势的复合材料。综述了PI/SiO_(2)气凝胶复合材料的研究进展,介绍了该复合材料的类型及其性能,归纳了该复合材料在隔热、阻燃、防水等方面的应用,并对其发展前景进行了展望。

超疏水隔热聚酯纳米纤维/二氧化硅气凝胶复合膜的制备及其性能

针对聚酯纳米纤维膜亲水(接触角为17°)、热导率高以及热稳定性差的问题,在聚酯纳米纤维膜内部原位缩聚二氧化硅湿凝胶,经疏水处理和常压干燥制备了超疏水聚酯纳米纤维/二氧化硅气凝胶复合膜,探究了复合膜在高温潮湿环境中的隔热性能。结果表明:在150℃环境中,当乙醇与正硅酸四乙酯量比为10∶1时制备的气凝胶复合膜的热导率仅有66.5 mW/(m·K),而纯聚酯纳米纤维膜发生严重变形,且热导率高达135.6 mW/(m·K);同时该复合膜的超疏水性(水接触角为153°)可有效阻止其对水分子的吸附,在50℃、100%高湿环境中的热导率为74.5 mW/(m·K),而纯聚酯纳米纤维膜的热导率高达170.6 mW/(m·K)。该复合膜有望用于高温高湿环境的隔热材料中,在高效热防护服装中具有良好的应用前景。

二氧化硅气凝胶/硅酸铝复合纤维纸的制备及其耐热与力学性能研究

硅酸铝纤维作为一种传统的隔热材料,高温后结构易坍塌,力学性能下降明显。本文以硅酸铝纤维纸作为结构框架,在其纤维表面利用溶胶凝胶法构建二氧化硅(SiO_(2))气凝胶,得到SiO_(2)气凝胶/硅酸铝复合纤维纸,复合后纤维纸耐热温度从800℃提高到1100℃,直到1100℃煅烧后,拉伸强度由9.01 MPa提升至20.41 MPa,断裂伸长率由2.36%提升到3.52%。并且对比了不同碱性pH(8,9,10)环境下制备出的复合纤维纸的微观形貌,发现pH为8时,SiO_(2)气凝胶颗粒与硅酸铝纤维纸之间的复合效果最好。

二氧化硅气凝胶及复合体的应用研究进展

二氧化硅气凝胶具有低密度、高孔隙率、高比表面积、低导热率、物化性能稳定等特点,广泛应用于隔热、隔音、催化传输、吸附过滤、光电子等领域。介绍了以稻壳灰、粉煤灰和多晶硅副产四氯化硅等固废资源为硅源,采用喷雾冷冻干燥和燃烧干燥等技术制备二氧化硅气凝胶及复合体作为吸附材料和催化材料应用的研究进展。

二氧化硅气凝胶的研究进展

探究了二氧化硅气凝胶的成型机理和制备方法的差异对气凝胶性能的影响,阐明现阶段二氧化硅气凝胶高温条件下结构坍塌、性能衰减的原因及其在吸附、建筑保温等领域的应用效果。