溶胶-凝胶-冷冻干燥技术制备纳米二氧化锡及其表征

采用溶胶-凝胶-冷冻干燥技术制备了纳米SnO2粉体,并用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和热分析(TG-DTA)对产品进行了表征,同时考察了pH值、反应物浓度以及焙烧温度对产品粒径及形貌的影响。结果表明,在优化的反应条件下,溶胶-凝胶-冷冻干燥技术可以制得粒径均匀的10nm以内的SnO2粉体。

冷冻干燥法制备淀粉气凝胶及其疏水改性研究

利用溶胶-凝胶-冷冻干燥技术制备了淀粉气凝胶材料,测试并分析了淀粉种类及直链/支链比例对气凝胶材料形貌、密度、收缩率、孔隙结构以及隔热性能的影响。优选出木薯淀粉为最适宜制备隔热气凝胶材料的原料,其所制备的气凝胶具备大孔、介孔及部分片层结构,密度低至0.094 g/cm^(3),孔隙率高达88.63%,导热系数低至0.043 W/(m·K),具有优良的保温隔热性能。通过一步法制备柠檬酸交联改性木薯淀粉气凝胶,以甲基三甲氧基和十六烷基三甲氧基硅烷包覆疏水纳米SiO 2制备疏水溶液,然后制备加入交联剂和自制硅烷疏水溶液的改性木薯淀粉气凝胶。扫描电镜测试结果表明,制备的改性气凝胶材料具有更加坚实的网络结构和致密的孔隙。导热系数测试结果表明,改性木薯淀粉气凝胶导热系数低至0.048 W/(m·K)。接触角测试结果表明,水滴滴入立即测量接触角达139.5°,5 min后测量接触角仍有129.5°,且表面和内部均有疏水效果。改性气凝胶具有优良的保温隔热以及疏水性能,其在食品保温材料领域具有广阔的应用前景。

冷冻干燥制备聚甲基丙烯酰亚胺气凝胶及其微观形态的调控

由自由基溶液聚合制备丙烯腈(AN)/甲基丙烯酸(MAA)共聚物,随后使用三乙胺(TEA)对共聚物进行水性处理,得到水溶性的MAA/AN共聚物季铵盐。将不同浓度的水溶性MAA/AN共聚物季铵盐溶液先通过冷冻干燥法制备MAA/AN共聚物季铵盐气凝胶,再经过热酰亚胺化得到聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)气凝胶。通过调控季铵盐溶液固含量和冻干溶剂的组成,成功实现了对PMI气凝胶微观形态的调控。研究发现,以纯水作为冻干溶剂,得到孔径为14μm左右的奶酪状孔洞结构,随着固含量的增加,孔壁增厚,压缩性能增强。以叔丁醇替代部分水作为冻干剂,随着叔丁醇含量增加,孔洞尺寸先减小后增加,在水和叔丁醇共晶点附近孔洞尺寸最小。并且叔丁醇的加入有效的降低了气凝胶的密度和收缩率,分别低至0.0785 g/cm^(3)和27.47%。

溶胶-凝胶法与冷冻干燥技术结合制备纳米氧化铁

采用溶胶 -凝胶法 ,结合冷冻干燥技术制得了粒径在 2 0～ 30 nm之间的均分散球形 α- Fe2 O3纳米粒子。用 TEM、XRD等手段对样品进行了表征 ,考察了制备条件对产物粒径、形貌的影响。结果表明 :初始铁盐浓度对产物粒径影响不明显 ,可以在较高初始浓度下制备纳米 α- Fe2 O3;p H值、焙烧温度对粒子形貌和大小有一定的影响 。

凝胶注模-冷冻干燥法制备磷酸铝基多孔陶瓷

磷酸铝多孔陶瓷是一种新型的多孔材料,在催化剂载体、膜支撑材料、过滤分离材料、有毒物质吸附剂等领域有着广泛的应用前景。本实验以磷酸二氢铵和氢氧化铝为原料,采用凝胶注模结合冷冻干燥工艺制备了具有连通开孔结构的磷酸铝基多孔陶瓷,探究了淀粉质量分数(0、2%、4%、6%、8%、10%)和碳酸钙质量分数(0、5%、10%、15%、20%)对磷酸铝多孔陶瓷烧结性能的影响。结果表明:随着淀粉质量分数从0增加到10%,多孔陶瓷的吸水率和开气孔率呈先减小后增大的趋势,体积密度和抗压强度呈先增大后减小的趋势;随着碳酸钙质量分数从0增加到20%,多孔陶瓷的吸水率和开气孔率呈先减小后增大的趋势,体积密度和抗压强度呈先增大后减小的趋势。

冷冻干燥辅助溶胶凝胶法合成Li1.2Ni0.2Mn0.6O2正极材料及电化学性能改善研究

采用冷冻干燥辅助溶胶凝胶法合成富锂锰基Li1.2Ni0.2Mn0.6O2正极材料,并将其结构、形貌以及电化学性能与传统溶胶凝胶法合成的材料进行比较。X射线衍射(XRD)结果表明,通过冷冻干燥辅助溶胶凝胶法合成的Li1.2Ni0.2Mn0.6O2粉末阳离子混排程度更低,冷冻干燥工艺的参与可以改善晶体结构。扫描电镜(SEM)照片分析表明,与溶胶凝胶样品相比较,冷冻干燥辅助溶胶凝胶法合成样品的颗粒团聚程度较低。电化学性能测试结果表明,冷冻干燥辅助溶胶凝胶法合成的材料具有更好的倍率性能和循环性能。除此之外,电化学交流阻抗测试(EIS)结果表明,冷冻干燥辅助溶胶凝胶法合成的Li1.2Ni0.2Mn0.6O2电荷转移电阻低于溶胶凝胶法制备的材料,增强了反应动力学。

溶胶-凝胶SiO_(2)减反膜的制备与光学性能研究

碱催化溶胶-凝胶多孔SiO_(2)减反膜具有优异的光学性能及抗激光损伤性能,是高功率激光装置中的重要组成部分,但其与光学元件之间的结合强度低,使得膜层易发生接触破坏。本研究以“神光II”高功率激光装置溶胶-凝胶多孔SiO_(2)减反膜为基础,通过提拉法在其表层涂覆致密的SiO_(2)薄层后得到机械强度提升的双层SiO_(2)减反膜(SiO_(2)-MTES),并与常用的单层氨固化SiO_(2)减反膜(SiO_(2)-HMDS)进行相关应用性能的综合比较。结果表明,涂覆SiO_(2)-MTES的熔石英在约800 nm处的峰值透过率大于99.6%,运用1-on-1激光损伤阈值测试方法测得该双层SiO_(2)减反膜的零几率激光损伤阈值为51.9 J/cm^(2)(1064 nm,9.1 ns),与涂覆SiO_(2)-HMDS的性能相当。同时,SiO_(2)-MTES膜层与水的接触角达到117.3°,且在相对湿度大于90%的高湿环境中膜层的透过率较稳定。多次擦拭实验结果表明SiO_(2)-MTES的耐摩擦机械强度明显优于SiO_(2)-HMDS,有效提升了膜层与光学元件之间的结合强度。

溶胶-凝胶法制备SiO_(2)减反射薄膜及其耐久性

目的增加太阳光在太阳能电池玻璃盖板的透过率,以期提高太阳能电池的转换效率。方法以正硅酸乙酯为原料、乙醇为溶剂、氨水为催化剂,采用碱催化溶胶-凝胶浸渍提拉法,在玻璃表面制备了SiO_(2)减反射薄膜,研究了溶胶中正硅酸乙酯与乙醇物质的量比和提拉镀膜速度对SiO_(2)薄膜光学性质的影响,分析了减反射薄膜的耐久性。结果碱性溶胶制备的SiO_(2)为非晶相,采用浸渍提拉法在玻璃表面制备的薄膜结构疏松,且存在微裂纹。采用正硅酸乙酯与乙醇物质的量比为1∶20、提拉速度为500μm/s及正硅酸乙酯与乙醇物质的量比为1∶30、提拉速度为1000μm/s制备的SiO_(2)薄膜,折射率分别为1.35和1.33,厚度分别为101.11、102.63nm,最大透过率分别高于未镀膜玻璃6.57%和6.94%,在400~1100nm波长范围内的平均透过率分别高于未镀膜玻璃5.01%和5.34%,表明该薄膜具有优异的减反射性能。玻璃表面制备SiO_(2)薄膜后,水接触角约为5°,具有超亲水性。将未镀膜玻璃及镀膜样品在实验室放置5个月后,采用正硅酸乙酯与乙醇物质的量比为1∶20、提拉速度为500μm/s及正硅酸乙酯与乙醇物质的量比为1∶30、提拉速度为1000μm/s的制备SiO_(2)薄膜的最大透过率分别高于未镀膜玻璃7.50%和6.71%,在400~1100 nm波长范围内的平均透过率分别高于未镀膜玻璃5.94%和5.59%,表明SiO_(2)薄膜的减反射性能具有较好的耐久性。结论采用碱催化溶胶-凝胶法在玻璃上制备的SiO_(2)减反射薄膜具有超亲水性及优异的减反射耐久性,在太阳能电池玻璃盖板上具有潜在的应用价值。

溶胶-凝胶法改良人工林马尾松尺寸稳定性及其机理研究

马尾松是广西地区重要的人工林资源之一,但其尺寸稳定性较差,极大地限制了其在木材工业中的使用。本研究选用基于SiO_(2)的溶胶-凝胶法对马尾松进行改良,探讨了浸渍时间对马尾松尺寸稳定性的影响,并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)揭示了溶胶-凝胶法对马尾松的改良机理。研究结果表明:经过6 h溶胶浸渍处理的改性马尾松尺寸稳定性最好,相较于未处理的马尾松,浸渍6 h的改性马尾松的浸渍率为5%,60 h吸水质量增加率由34.7%降低至28.2%,60 h吸湿体积膨胀率由16.5%降低至11.1%,72 h抗老化性能由18.02的色差值降低为11.9。溶胶-凝胶法对马尾松尺寸稳定性的改善机理体现在两个方面:其一,通过形成玻璃层状及膨胀结构可以阻挡水分的进入;其二,通过氢键及化学键的形式与细胞壁进行结合,以起到永久的润胀作用。

LDH预处理溶胶凝胶封闭对铝合金阳极氧化膜耐蚀性的影响

目的开发一种新型LDH预处理溶胶凝胶封闭工艺,以获得高耐蚀性的封闭阳极氧化膜层。方法用LDH预处理溶胶凝胶封闭法对阳极氧化铝合金进行表面处理,采用场发射扫描电镜、原子力显微镜对封闭前后的氧化膜进行微观形貌表征,通过接触角测试评价阳极氧化膜层表面的润湿性能,通过浸泡实验、电化学阻抗谱对阳极氧化膜的耐蚀性进行研究,并与传统沸水封闭工艺进行比较。结果经LDH预处理后,膜层表面被一层致密的LDH覆盖,多孔结构和孔洞缺陷均消失。涂覆溶胶凝胶后,膜层表面均匀平整,无明显缺陷。与沸水封闭相比,LDH预处理溶胶凝胶封闭的氧化膜具有更平整均匀的表面和更低的粗糙度,接触角为92.3°,具有疏水性。在3.5%(质量分数)NaCl溶液中浸泡15 d后,膜层的低频阻抗值仍可达到6.79×10^(6)Ω·cm^(2),与传统沸水封闭法相比,高出2个数量级。膜层具有良好的长期耐蚀性,其主要机理为LDH的铝合金氧化膜空隙和表面生长出双片层状的LiAl-LDH,表面膜层更致密,片层结构在一定程度上阻挡了腐蚀溶液的入侵,同时使膜层表面存在更多的-OH基团,在溶胶凝胶封闭时提供了更多的反应位点,促进了溶胶凝胶涂层与基体之间的结合,有效阻挡了外界溶液对基体的入侵,因此延缓了腐蚀。结论LDH预处理溶胶凝胶封闭工艺提高了铝合金阳极氧化膜的致密性和表面疏水性以及膜层的耐蚀性能。

溶胶-凝胶和冷冻干燥法制备Nd∶YAG纳米粉体及透明陶瓷的制备

本文以异丙醇铝,醋酸钇和醋酸钕为原料,用溶胶-凝胶和冷冻干燥法制备了Nd3+原子掺杂浓度为1.0%的Nd∶YAG粉体。利用X-射线衍射仪和透射电镜对粉体的物相组成和粒度进行了分析测试,结果表明,前驱体经900℃高温煅烧2 h后已完全转变为纯YAG相,平均粒径为40 nm左右。随着煅烧温度的升高,粒径逐渐增大。采用热压和热等静压相结合工艺烧结出尺寸为50 mm×2.5 mm的Nd∶YAG透明陶瓷,样品1064 nm的透过率为82.5%。

叔丁醇冷冻干燥法制备纳米纤维素气凝胶

以纳米纤维素为原料,采用"CaCl_2溶液促进物理凝胶法"制备水凝胶,选用叔丁醇溶液为置换溶剂并采用"多步法"完成溶剂置换,最后通过冷冻干燥法制备纳米纤维素气凝胶。通过扫描电子显微镜(SEM)、全自动比表面积与孔隙度分析仪和热重分析仪(TG)对所制备的纳米纤维素气凝胶进行微观形貌、比表面积、孔径分布及热稳定性进行表征分析。结果表明:叔丁醇冷冻干燥法制备的纳米纤维素气凝胶是具有层状的以中孔和大孔为主的多孔材料,其比表面积可达174.3 m2/g,收缩率仅为7.86%,平均孔径约为18.4 nm。随着纤维素质量分数的增加,纳米纤维素气凝胶的吸附量和比表面积增大,孔隙度增加,收缩率逐渐减小;纳米纤维素气凝胶具有与微晶纤维素和纳米纤维素相似的热稳定特性。CaCl_2溶液通过改变原始溶胶体系的电荷分布而使粒子更易相互靠近聚集形成凝胶,落入其中的纳米纤维素颗粒会保持其落入瞬间的完整状态。

凝胶注模成型氧化铝基陶瓷坯体的冷冻干燥缺陷控制

采用凝胶注模成型技术制造复杂精铸件陶瓷铸型的过程中，铸型坯体会产生内部裂纹等缺陷，严重影响铸型质量。为此，采用三维CT检测技术，通过实验跟踪内部裂纹产生的过程，发现在冷冻干燥失水率（质量比）为20％～60％时，坯体容易产生裂纹。基于冷冻干燥理论，对裂纹产生的机理进行了分析，结果表明：在坯体冷冻干燥过程中，若冻结层温度高于其共晶点温度（-3．6℃），将使冻结层融化，致使其强度急剧下降，从而导致裂纹产生。为了降低坯体冻结层温度，将干燥供热板温度从15℃降低为-5℃，并在坯体内部设计直径为0．8mm的通孔结构，结果表明：采用这2项措施后，当坯体失水率为20％～60％时，可保证冻结层温度低于-3．6℃，有效避免裂纹的产生。

冷冻干燥对丝素蛋白凝胶结构的影响

为了探讨冷冻干燥对丝素蛋白凝胶结构的影响,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)研究了丝素凝胶在冷冻干燥前后二级结构的变化。发现在冷冻干燥过程中,丝素蛋白中分子链内β-折叠结构含量增加,分子链间β-折叠结构含量减少,并有部分无规卷曲结构转变为β-折叠结构;但冷冻干燥前后总的β-折叠结构含量变化不大。

液氮冷冻干燥法制备纳米纤维素气凝胶

纤维素气凝胶被誉为继有机气凝胶和无机气凝胶之后的新一代气凝胶,是新生的第三代材料,在吸附材料等领域具有广阔的应用前景。笔者先以微晶纤维素(MCC)为原料经硫酸水解法制得纳米纤维素(NCC),再通过无机盐溶液物理凝胶成型法、叔丁醇置换和液氮冷冻干燥制备球形纤维素气凝胶。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、万能力学试验机、热重分析仪、全自动比表面积及孔隙分析仪对所制备的纳米纤维素气凝胶的力学性能、微观形貌、比表面积、孔径分布及热稳定性进行表征分析。结果表明,液氮冷冻干燥法制备的球形纳米纤维素气凝胶主要为疏松多孔的三维层状结构同时存在少量三维网络结构,其比表面积在104.07~164.97 cm^2/g之间,孔径主要分布在10~25 nm内;纳米纤维素气凝胶的力学性能、压缩强度、密度随着纳米纤维素质量分数的增加而变大;纳米纤维素气凝胶的热稳定性与微晶纤维素和纳米纤维素相似。

凝胶冷冻干燥法制备透明氧化钇陶瓷

采用凝胶冷冻干燥法,在-50℃、8Pa的真空度下制备了碱式硝酸钇前驱体.干燥后前驱体呈疏松片状堆积,比烘箱干燥样品具有更为清晰的轮廓.经过1100℃煅烧后,凝胶冷冻干燥处理的粉体具有较细的颗粒,颗粒尺寸分布均一,并且具有较大的比表面积.该粉体经过干压成型,于1700℃真空保温4h烧结后得到晶粒大小均匀的致密多晶透明陶瓷,平均晶粒尺寸在40μm左右,样品相对密度达99.6%.样品经抛光后可见光400nm波长透过率达60%,并且在紫外波段也具有类似于氧化钇单晶的高透过率.

具有电介质内核的平板状SiO_2凝胶的微波冷冻干燥实验研究

以平板状S iO2凝胶为实验物料,进行了有、无电介质内核的微波冷冻干燥的对比实验研究。电介质内核采用铁氧体胶板类吸波材料。实验结果表明,具有电介质内核的微波冷冻干燥可以大大缩短干燥时间,有效降低干燥过程的能耗。

反渗透膜浓缩—真空冷冻干燥制备芦荟活性凝胶的工艺研究

芦荟的多种生理活性物质对人体有着极其重要的营养价值和功效,某些活性物质具有极强的热敏性,在芦荟凝胶加工过程中,遇热会使大量的活性物质遭到破坏。本文采用紫外线消毒、超声波杀菌、反渗透膜浓缩、冻干法干燥,全部过程采用低温加工技术,生产的芦荟凝胶活性冻干粉纯度高、活性强,保留了芦荟凝胶中的全部活性物质。

蛋清粉微波真空冷冻干燥条件优化及凝胶特性分析

[目的]分析微波真空冷冻干燥(microwave vacuum freeze drying,MFD)工艺对蛋清粉凝胶特性的影响,为制备高品质的高凝胶性蛋清粉提供参考.[方法]以鸡蛋清为原料,以凝胶硬度为指标,分析微波功率、真空度、装载量对MFD蛋清粉凝胶硬度的影响,通过响应面优化试验确定MFD制备蛋清粉的最佳工艺条件.以喷雾干燥(spray drying,SD)和真空冷冻干燥(freeze drying,FD)为对照,对MFD制备样品的凝胶特性(质构、失水率和色差等指标)进行对比分析,并通过傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)和扫描电镜(scanning e-lectron microscopy,SEM)分析其微观结构的变化.[结果]MFD蛋清粉最佳干燥工艺条件为:微波功率503 W、真空度150 Pa、装载量195.2 g,该条件下凝胶硬度为(393.159±5.230)g.MFD蛋清粉的凝胶硬度较FD蛋清粉提高了16.24%,较SD蛋清粉降低了19.82%,但其凝胶黏结力、咀嚼性和回弹性较其他2种蛋清粉样品增大;失水率由大到小表现为FD>MFD>SD,且三者之间差异显著.FD和MFD蛋清粉凝胶的色泽无显著差异,但与SD蛋清粉相比,两者的明度(L^(*)值)显著增加,红度(a^(*)值)和黄度(b^(*)值)显著降低,因此更易被消费者接受.FTIR结果显示,α-螺旋与β-折叠含量之比从小到大依次为MFD<SD<FD.SEM结果显示,相较于FD,MFD和SD处理均能有效改善蛋清凝胶的网络结构,使其更加致密、平滑.[结论]MFD处理可保留蛋清粉良好的色泽,更有利于蛋清粉凝胶蛋白质中刚性结构的减少和柔性结构的增加,凝胶性能更为理想.

冷冻干燥法制备CS/AMPS/PEGDA光交联多孔水凝胶及其性能

以壳聚糖(CS)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)与聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)为原料,通过光聚合技术和冷冻干燥法制备了CS/AMPS/PEGDA交联网络多孔水凝胶。采用红外光谱(FTIR)分析了水凝胶的化学结构,通过实时红外(RTIR)监测单体的双键转化率变化,扫描电镜(SEM)观察水凝胶的微观形貌,并测试了它的溶胀性能和热稳定性。结果表明,当CS/AMPS的质量比为1/2时,得到的水凝胶多孔结构规整,孔隙率较高,且能达到较高的平衡溶胀比。在此基础上,将抗癌药物康普瑞丁磷酸二钠(CA4P)以不同浓度载入水凝胶中,综合考察水凝胶的载药量及包封率,得出当CA4P的投药量占水凝胶的7.5wt%时达到最佳载药效果:载药量为3.13%,包封率为41.76%。