SiO_(2)增强氧化铝气凝胶复合建筑保温材料的制备及性能研究

气凝胶材料凭借孔隙率高、抗压能力强和热导率低等优势,在建筑保温材料市场中具有广阔的应用前景。选择正硅酸乙酯和仲丁醇铝为原料,通过溶胶-凝胶法制备了不同SiO_(2)掺杂量的Al_(2)O_(3)-SiO_(2)气凝胶复合保温材料。研究了SiO_(2)掺杂量对复合气凝胶晶体结构、微观形貌、力学性能和导热性能的影响。结果表明,Al_(2)O_(3)-SiO_(2)气凝胶主要由多晶态的勃姆石组成,SiO_(2)的掺杂抑制了γ-Al_(2)O_(3)相的生成,阻碍了羟基缩水反应的发生,且AlO-H基团中的H被Si取代,形成了更为稳定的Al-O-Si键。Al_(2)O_(3)-SiO_(2)气凝胶呈现出开放的多孔结构,SiO_(2)的掺杂改善了气凝胶的孔道走向,使孔径尺寸减小且均匀分布。随着SiO_(2)掺杂量的增加,Al_(2)O_(3)-SiO_(2)气凝胶的抗压强度和比表面积先增大后轻微降低,导热系数先降低后升高,当SiO_(2)的掺杂量为9%(摩尔分数)时,气凝胶的抗压强度最大为40.92 MPa,相比未掺杂SiO_(2)的气凝胶增大了58.97%,比表面积最大为257.33 m^(2)/g,导热系数最低为0.022 W/(m·K),保温性能最佳。综合可知,SiO_(2)的最佳掺杂量为9%(摩尔分数)。

氧化锆纤维-氧化铝气凝胶复合材料的制备及测试

气凝胶作为具有低密度、高孔隙率及大比表面积的纳米多孔材料,在隔热保温及高温防护等领域具有广泛的应用前景,而制备机械性能优异耐高温的整块气凝胶材料是一个巨大挑战和实现气凝胶规模化应用的关键。本文通过溶胶凝胶法结合二氧化碳超临界干燥合成了一种结构均匀且轻质耐高温的块体氧化铝气凝胶,研究结果表明所制备的氧化铝气凝胶具有良好的成型性以及高温隔能力,对氧化铝气凝胶化工合成和产业化应用具有重要的参考价值。

氧化铝气凝胶复合材料的制备与隔热性能

以仲丁醇铝为先驱体,采用溶胶-凝胶工艺制备氧化铝溶胶,并将其与无机陶瓷纤维毡复合经超临界流体干燥得到氧化铝气凝胶隔热复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)和氮气吸附等方法对样品微观结构进行分析,利用热平板法对材料的隔热性能进行测试,并分析了氧化铝气凝胶隔热复合材料隔热机理。研究表明:与氧化硅气凝胶相比,氧化铝气凝胶具有更好的耐高温性能,经1000℃热处理后仍然能够较好地保持其纳米多孔结构;将气凝胶与纤维复合后,充分发挥了氧化铝气凝胶优良的隔热特性,使得复合材料的隔热性能较纯纤维毡有了明显的改善,其热面温度1000℃时导热系数为0.0685 W/m.K。

低密度、块状氧化铝气凝胶制备

研究了工艺参数对氧化铝溶胶及气凝胶的影响。结果表明,稳定的氧化铝溶胶优化制备工艺为:仲丁醇铝为前驱体,水解温度60℃,仲丁醇铝、乙醇、水的物质的量之比为1∶(8～16)∶1.2;螯合剂乙酰乙酸乙酯能有效控制仲丁醇铝水解缩聚速率,提高溶胶的稳定性;块状氧化铝气凝胶主要成份为多晶勃姆石相,比表面积为447m2.g-1,其强度和密度随乙醇量的增加而降低,密度最低为0.040g.cm-3。氧化铝气凝胶微观结构由许多片叶状颗粒堆积形成,经1200℃热处理后仍保持原有的微观形貌,比表面积为73m2.g-1。

热处理对块状氧化铝气凝胶微观结构的影响

以AlCl3.6H2O为前驱体,无水乙醇和去离子水的混合溶液为溶剂,环氧丙烷为凝胶网络诱导剂,通过溶胶-凝胶技术制备得到溶胶,再经超临界干燥制备出块状氧化铝气凝胶。采用SEM、TEM、XRD、BET等手段,对氧化铝气凝胶在不同热处理温度下的微观结构进行了对比和分析。结果表明,氧化铝气凝胶的主要成分为多晶勃姆石相,微观结构由许多叶片状纤维堆积形成,经500和1000℃热处理后成块性未受到明显的影响,比表面积各为429和174m2/g。在20～1000℃内,氧化铝气凝胶发生了由多晶态勃姆石相→γ-Al2O3→δ-Al2O3的相转变。

氧化铝气凝胶的合成与性能

氧化铝气凝胶具有大比表面积、高孔隙率以及比氧化硅气凝胶更优异的热稳定性,在高温隔热和催化领域有广阔的应用前景,但其复杂的合成工艺和较低的强度限制了其应用。本文首先介绍氧化铝气凝胶合成工艺,指出溶胶-凝胶过程中存在的问题,不同干燥方式的特点以及最新发展的干燥工艺;然后介绍了近年来氧化铝气凝胶在比表面积、热稳定性、强度、导热系数等性能改善方面所取得的代表性研究成果;最后介绍了氧化铝气凝胶在高温催化、隔热领域的应用,并展望了未来氧化铝气凝胶的发展方向以及应关注的问题。

耐高温氧化铝气凝胶隔热复合材料研究进展

氧化铝气凝胶是一种高孔隙率、低密度、高比表面积、耐高温和低热导的纳米多孔材料,在高温隔热领域(如航天飞行器热防护系统、工业窑炉保温材料等)具有广阔的应用前景。但是,纯氧化铝气凝胶因耐温性(1000℃以上)、力学性能和高温隔热性能相对较差难以直接应用,需要引入增强相和遮光组分制备成气凝胶复合材料以进行改善。本文对耐高温氧化铝气凝胶的制备、氧化铝气凝胶隔热复合材料的制备及性能等方面的最新研究进展进行了综述。研究人员通过原位掺杂改性、沉积改性、有机链和炭涂层改性等方法提高了氧化铝气凝胶的热稳定性。在氧化铝气凝胶中引入晶须、颗粒、多孔骨架和纤维等增强相,能够大幅提高其力学性能;纤维和遮光剂的协同作用,能够提高氧化铝气凝胶抑制红外辐射的能力,显著降低高温热导率。本文还提出了后续的研究方向:对氧化铝气凝胶的密度、微观结构进行精细调控,再引入合适的异质元素和遮光剂,以进一步提高气凝胶的热稳定性和复合材料的隔热性能;深入研究复合材料在高温下结构和性能的演化,以及氧化铝气凝胶和增强相之间的相互作用。作为一种新型的隔热材料,氧化铝气凝胶复合材料将在高温隔热领域发挥其优势并逐步实现广泛应用。

氧化铝气凝胶的合成与性能

氧化铝气凝胶具有大比表面积、高孔隙率以及比氧化硅气凝胶更优异的热稳定性，在高温隔热和催化领域有广阔的应用前景，但其复杂的合成工艺和较低的强度限制了其应用。本文首先介绍氧化铝气凝胶合成工艺，指出溶胶-凝胶过程中存在的问题，不同干燥方式的特点以及最新发展的干燥工艺；然后介绍了近年来氧化铝气凝胶在比表面积、热稳定性、强度、导热系数等性能改善方面所取得的代表性研究成果；最后介绍了氧化铝气凝胶在高温催化、隔热领域的应用，并展望了未来氧化铝气凝胶的发展方向以及应关注的问题。

锶掺杂对氧化铝气凝胶高温热稳定性的影响

以AlCl_3·6H_2O为原料,Sr(NO_3)_2为添加剂,通过溶胶-凝胶法并结合超临界干燥技术制备了氧化铝气凝胶。利用X射线衍射分析(XRD)、氮气吸附-脱附比表面积测定和场发射扫描电镜(FESEM)等对样品进行了表征,考察了SrO含量对氧化铝气凝胶热稳定性的影响。结果表明,掺杂SrO的氧化铝气凝胶是由片状和针状颗粒经过相互搭接构成的三维多孔网络结构。高温条件下,SrO的掺杂能明显抑制氧化铝气凝胶的相变,随着SrO含量的增加,氧化铝气凝胶的比表面积变大。经1 200℃焙烧后,SrO掺杂量为5%(质量分数)的气凝胶焙烧产物中有SrO·6Al_2O_3相生成,形成的SrO·6Al_2O_3可显著抑制氧化铝气凝胶的物相转变,获得的氧化铝气凝胶产物的比表面积高达122m^2/g,比相同条件下焙烧纯氧化铝气凝胶获得的产物的比表面积增加113m^2/g。

氧化硅气凝胶与氧化铝气凝胶的性能对比

分别以正硅酸乙酯和仲丁醇铝为先驱体,陶瓷纤维毡为增强材料,采用溶胶-凝胶工艺及超临界干燥技术制成氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化硅及氧化铝气凝胶-陶瓷纤维毡复合材料。测试氧化硅、氧化铝气凝胶的比表面积、高温收缩率以及对应复合材料的强度及导热系数。结果表明:氧化硅气凝胶在600℃温度以下比表面积较大,热收缩小,相应的复合材料强度高,导热系数低,性能优于氧化铝气凝胶;而氧化铝气凝胶则具有更好的耐高温性能。

氧化铝气凝胶隔热材料的制备和热学性能

以仲丁醇铝为前驱体,以硝酸为催化剂,采用溶胶-凝胶法在室温条件下制备出半透明且无明显裂纹的块体氧化铝气凝胶,密度为120 kg/m^3。用场发射扫描电镜、HotDisk热分析仪、孔径分布仪、X射线衍射仪以及FT-IR红外光谱仪表征了氧化铝气凝胶的结构和热学性能,并根据气凝胶的微结构解释了传热机制。结果表明:所制备的气凝胶是一种多晶勃姆石相明显的纳米多孔材料,具有由球状颗粒组成的多级孔洞纳米网络结构。这种多级结构极大降低了气凝胶的热传导,其常温热导率低至0.020 W/m·K。

高比表面积块状氧化铝气凝胶的合成与热性能研究（英文）

采用酸碱两步溶胶凝胶法,以仲丁醇铝为前驱体,硝酸/氨水为酸/碱催化剂,通过酒精超临界干燥制备了氧化铝气凝胶。制备得到的气凝胶块体密度低(50~120kg/m3)、比表面积高(400~500m2/g),具有介孔结构和良好的热稳定性。采用TEM、FTIR、XRD、BET、DSC/TGA等手段表征了氧化铝气凝胶热处理前后的结构和性能。实验表明,制备的氧化铝气凝胶为拟勃姆石结构,经800和1000℃热处理后分别变为γ-Al2O3和δ-Al2O3,对应的比表面积仍分别高达381和183m2/g。添加少量的乙酰丙酮制备的氧化铝气凝胶在热处理前后晶相和比表面积的变化趋势跟未添加的相同,但具有更高的热稳定性。此外,研究了水、氨水和络合剂乙酰丙酮的用量对气凝胶的微结构及比表面积和孔径的影响。

氧化钇掺杂对Al_2O_3块状气凝胶结构与性能的影响

以AlCl3·6H2O为原料,YCl3·6H2O为添加剂,采用溶胶-凝胶法和超临界干燥工艺制备得到氧化钇掺杂氧化铝块状气凝胶。其中掺杂含量控制在2.5wt%～30wt% Y2O3范围内。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、BET比表面积测定等测试手段对样品进行表征。结果表明:氧化钇的掺杂可以使氧化铝气凝胶在高温下维持高比表面积以及提高其在高温的热稳定性。经1000℃热处理后5.0wt% Y2O3-Al2O3气凝胶仍然处于无定形态,未发生相转变,比表面积仍达380～400m2/g,比纯Al2O3气凝胶(174m2/g)高出许多。

高比表面积、低密度块状Al2O3气凝胶的制备及表征

以仲丁醇铝(ASB)为前驱体,乙醇为溶剂,乙酸为催化剂,乙酰乙酸乙酯(Etac)为螯合剂,通过溶胶-凝胶和超临界干燥过程制备得到块状氧化铝气凝胶,并在不同温度下对其进行热稳定性分析。此外,通过SEM,XRD,FT-IR和N 2吸附-脱附分析等测试研究了乙醇和乙酰乙酸乙酯的用量对氧化铝气凝胶微结构及比表面积的影响。结果表明:氧化铝气凝胶具有叶片状颗粒堆积形成的纳米多孔网络结构,比表面积高达744.5m^2/g,密度低至0.063g/cm^3,随着热处理温度升高,比表面积逐渐降低,1200℃热处理2h后依旧高达153.45m^2/g;经不同温度热处理后,氧化铝气凝胶的叶片状多孔结构未发生明显变化,表明该氧化铝气凝胶具有高温稳定性。