碳化硅纳米线气凝胶的制备及其应用研究进展

针对SiC纳米线气凝胶在制备及应用方面的研究进展,总结和分析了不同先进SiC纳米线气凝胶的制备工艺对其微观结构及性能的影响,包括化学气相沉积法、模板生长法、静电纺丝法和3D打印法;归纳比较了不同制备工艺的优缺点;阐述了近年来碳化硅纳米线气凝胶作为高温隔热材料和电磁吸波材料的应用现状及研究进展,并对未来研究前景提出展望。

纳米SiO_(2)气凝胶水泥基复合材料中水的形态分布规律研究

为了研究纳米SiO_(2)气凝胶对水泥基复合材料水分分布机制的影响,采用LF-NMR技术对室温环境下不同掺量(0、5%、7%、10%)纳米SiO_(2)气凝胶水泥基复合材料(AIC)吸水30 min后的T2信号进行了测试,在真空饱和的条件下,采用孔隙体积内饱水度描述AIC吸水前后含水量空间变化。结果表明:AIC0、AIC5、AIC7、AIC10试件的T2谱最高峰的峰面积所占比例分别为83.0%、78.7%、79.3%、79.6%,掺入纳米SiO_(2)气凝胶降低了最高峰的峰面积;当纳米SiO_(2)气凝胶掺量由0增至10%时,AIC试件的吸附水、毛细管水及孔隙水饱水度均减小;纳米SiO_(2)气凝胶能降低AIC的自由水存储性能。

某化工企业纳米气凝胶保温材料的应用

通过描述纳米气凝胶材料的优点,并将其与传统化工企业保温材料进行对比,从公司热能部门中低压蒸汽管道采用纳米气凝胶作为保温材料的角度,进行了方案的优化,分析了使用该保温材料的经济性和可实施性。

布敦岩沥青/纳米气凝胶/抗老化剂复合改性沥青制备及性能评价

实验选用布顿岩沥青(Buton-rock asphalt,BRA)、纳米气凝胶(Nanoaerogel,NA)和抗老化剂(Anti-aging agent,AA)对基质沥青进行复合改性。通过三大指标试验,确定三种改性剂的适宜掺量。利用动态剪切和弯曲梁流变试验分析了沥青的流变性能,以抗老化性能评价指标对耐老化性能进行表征。借助傅里叶红外光谱(FTIR)对沥青的官能团变化进行了分析,利用扫描电镜(SEM)观测了沥青在不同老化方式后的微观结构。结果表明:BRA+NA+AA复合改性沥青改性剂最佳掺量为:2%NA、10%BRA、0.3%抗氧剂1010和0.4%UV-327。BRA+NA+AA复合改性沥青相对于基质沥青,残留针入度比和延度保留率分别提高了74%和213%,软化点增量和车辙因子老化指数分别降低了57%和40%。加入改性剂后,沥青的高温性能得到明显改善,改性方式以物理改性为主,且改性剂与基质沥青界面之间相容性良好。改性沥青和复合改性沥青流变性能和耐老化性能均优于基质沥青。其中BRA+NA+AA复合改性沥青的耐老化性能和高温抗车辙能力最为优异。

气凝胶绝热毡在化工管道或设备中的应用分析

对如何应用气凝胶绝热毡在化工管道设备中有效应展开分析,通过保温设计降低化工企业能耗,提升经济效益,确纳米气凝胶绝热毡原理分析保温技术现状展开论述,通过案例分析法,以某化工企业常压焦化管道与设备为例,针对气凝胶绝热毡在化工管道与设备中的应用效果进行研究。改造后达到散热损失较降低40.3%的效果,解决了化工企业能源利用效率低下问题。

纳米酚醛气凝胶材料高温热物性参数辨识方法

临近空间高超声速飞行器大面积区域可能广泛采用纳米酚醛气凝胶(IPC)材料,获取高超声速气动加热作用下IPC材料的高温热物性参数,对于高超声速飞行器热防护系统的精细化设计具有重要的意义。考虑烧蚀效应的材料高温热物性参数辨识方法研究,基于Ablation Workshop烧蚀热响应标准算例对高温热物性参数辨识方法进行验证,计算结果表明:热物性参数辨识分析方法计算精度较高;通过带分层温度/烧蚀传感器的IPC材料电弧风洞试验,得到典型来流状态下不同厚度IPC材料内部的温度分布及热解厚度分布数据,通过辨识获得高温烧蚀条件下IPC材料热导率随温度的变化关系,IPC材料原始层热导率在温度低于800 K时随温度缓慢上升(热导率维持在0.1 W/(m·K)以下),之后材料热解使得热导率发生突变,碳化层热导率在温度高于800 K时随着温度的上升急剧增大,到1300 K左右时上升到0.17 W/(m·K)。

纳米气凝胶绝热材料传热方程拟合及结构设计

纳米气凝胶绝热材料是一种具有纳米多孔结构、导热系数最低的固体新型材料,由于缺乏传热基础参数,造成使用厚度偏差较大,成为制约该材料推广应用的瓶颈。文中利用管道保温试验装置模拟工况,采用纳米气凝胶绝热材料作为保温层,使用稳态法测量表面热流量,通过傅里叶定律计算得到纳米气凝胶绝热材料在t m温度时的导热系数,从而拟合出纳米气凝胶绝热材料的传热方程,再利用Excel软件结合试差法自编程序对纳米气凝胶复合保温结构各层厚度进行计算。纳米气凝胶绝热材料和传统保温材料形成复合保温结构是最优使用方式,其中“纳米气凝胶毡+硅酸铝针刺毯”、“纳米气凝胶毡+硅酸钙”综合费用最小,可作为设备及管道保温的优选结构。

水性纳米二氧化硅气凝胶隔热阻尼涂料的制备与性能研究

二氧化硅气凝胶是一种优异的隔热材料,此次研究中以水性丙烯酸树脂为成膜物,添加一定的助剂,制备出具备隔热阻尼功能的涂料。通过对其性能进行研究发现,所制备的实验涂料具有良好的多方面性能。

Cu/SiO_2纳米气凝胶的组成及催化氧化CO性能研究

以硝酸铜、正硅酸乙酯和硝酸铈为原料,利用溶胶-凝胶-超临界流体干燥技术制备了不同n(Cu)/n(S i)的用于CO催化氧化的Cu/S iO2系列气凝胶催化剂.利用TEM、XRD、物理吸附、微型反应器和气相色谱等对试样进行了表征.TEM观察结果显示,试样中含有介孔的气凝胶结构,5 nm左右的Cu粒子均匀地分布在S iO2的网络组织中.BET分析结果表明,试样的比表面积均在140 m2/g以上.XRD分析结果显示,添加铈前后,试样的物相发生了从Cu2+→Cu+→Cu的转变,使试样的催化活性进一步提高.试样的催化氧化CO活性表明,组分中铜含量的不同及铜的不同物种直接影响试样的催化氧化CO的活性,当组分中n(Cu)/n(S i)=2时,Cu/S iO2试样上CO完全氧化的温度降为210℃;于400℃低温焙烧,可使试样中有效活性组分全部转变成纳米晶CuO,并进一步降低了CO完全转变成CO2的温度;添加少量铈组分,使试样催化氧化CO的tstart,t50及t90温度提前20℃以上,Cu/S iO2试样催化氧化CO动力学研究结果显示,试样降低CO氧化温度的实质是降低了CO氧化的反应活化能.

Cu/SiO_2纳米复合气凝胶的制备与表征

采用含铜硅酸乙酯(CuTEOS)进行溶胶-凝胶反应来制备高Cu含量的Cu/SiO2纳米复合气凝胶,复合气凝胶中的Cu含量可在小于66%(质量分数)的范围内调节.研究了水量、催化剂浓度、溶剂量及含铜硅酸乙酯的组成对溶胶-凝胶过程的影响.本研究中Cu/SiO2纳米复合气凝胶中粒子粒径大部分小于25nm,其孔径小于50nm,比表面积在400～650m2/g范围内.

CuO(CoO,MnO)/SiO_2纳米复合气凝胶催化剂载体的溶胶-凝胶法制备与表征

以正硅酸乙酯(tetraethyl orthosilicate,TEOS)、乙酸铜、乙酸钴、乙酸锰为原料,采用溶胶-凝胶法、常压干燥制备了CuO(CoO,MnO)/SiO2纳米复合气凝胶。分析了过渡金属氧化物MO与SiO2的质量比、温度和pH值对凝胶形成的影响。采用场致发射扫描电镜(FE-SEM)、BET、傅里叶变换红外分析(FTIR)、热重-差热分析(TG-DTA)、电子散射能谱分析(EDS)和化学分析等对CuO(CoO,MnO)/SiO2纳米复合气凝胶的微观结构和组成进行了研究。结果表明,纳米复合气凝胶的颗粒约在20~100nm,比表面积为344~733m2/g,孔径范围为2~22nm,而且过渡金属Cu、Co和Mn能够与氧形成部分—O—M—O—桥键连接,并与Si通过化学键形成三维网络结构;纳米复合气凝胶试样中的多元过渡金属氧化物含量可控制在3%~75%(质量分数)。这种结构和组成既有利于提高催化剂负载量,又可充分发挥过渡金属氧化物的助催化作用。

膨胀珍珠岩的纳米气凝胶改性及其应用

膨胀珍珠岩作为建筑保温材料在应用中易碎裂、吸水率大,保温性能下降严重。为克服这个缺陷,研究制备憎水气凝胶,然后用其对膨胀珍珠岩进行改性,复合得到纳米改性膨胀珍珠岩保温骨料,并探讨其在保温砂浆中应用。采用水玻璃为硅源,用三甲基氯硅烷(TMCS)/乙醇(Et OH)/正己烷(C_6H_(14))(摩尔比3∶2∶2)混合液对水凝胶进行溶剂置换和表面改性,当混合液中TMCS和水凝胶中的H_2O的摩尔比为0.14时,得到憎水性良好气凝胶。在研究得到的最佳相对真空度-0.04 MPa下,真空吸入液溶胶,将憎水气凝胶和珍珠岩掺和到一起,得到具有良好憎水性能气凝胶改性膨胀珍珠岩,其导热系数为0.034 7 W/(m·K),筒压强度为208.64 MPa,其中气凝胶的质量比为39.30%,综合性能明显优于膨胀珍珠岩。用该骨料制备的保温砂浆基本性能良好,抗压强度0.38 MPa,导热系数0.056 W/(m·K),吸水率为32%;其抗压强度和吸水率明显优于珍珠岩砂浆,导热系数优于玻化微珠保温砂浆。

石墨烯-纳米SiO2气凝胶对巴豆醛的吸附性研究

为探索新型吸附材料,通过修正Hummers氧化法制备氧化石墨烯,利用葡萄糖作还原剂还原氧化石墨烯,同时作交联剂连接石墨烯纳米片层,再加入SiO2纳米粉体以构筑具有三维多孔结构的石墨烯-纳米SiO2气凝胶。通过扫描电子显微镜和全自动比表面分析仪,对石墨烯-纳米SiO2气凝胶的表面形貌及微观结构进行观察和表征,采用自制吸附测试装置研究其对巴豆醛挥发性有机化合物吸附特征。结果表明,石墨烯-纳米SiO2气凝胶呈三维多孔结构,为吸附提供较大的比表面,复合气凝胶中SiO2纳米粉体最佳的添加量为58.8%,其对巴豆醛最大吸附值为127.1 mg/g。

含钴硅酸乙酯的Sol-Gel法制备Co/SiO_2纳米复合气凝胶

气凝胶 (aerogels)是一种结构可控的新型轻质纳米多孔性非晶固态材料 ,而金属 /氧化物复合气凝胶由于其高的比表面积 ,可作为高效催化剂 .本工作首次采用含钴硅酸乙酯 (Co_TEOS)进行溶胶 -凝胶反应来制备高钴含量的纳米级Co/SiO2 复合气凝胶 ,制备的Co/SiO2 复合气凝胶中n(Co)∶n(Si)的比例最高可达 2∶1,且复合气凝胶中的Co含量可在小于 6 6 % (质量分数 )的范围内任意调节 ,并系统研究了水量、催化剂浓度、溶剂量及含钴硅酸乙酯的组成对溶胶 -凝胶过程的影响 .所制备的高钴含量的Co/SiO2 复合气凝胶的比表面积和孔体积均随钴含量的降低而增加 ,分别可达到 6 0 0m2 /g以上和 1.0m3/g以上 .该方法简单、可靠、金属保留率高 ,可制备所需金属含量的金属 /SiO2 复合气凝胶、多元金属 /SiO2 复合气凝胶 ,以及金属氧化物 /SiO2 复合气凝胶 .

木材-纳米SiO_2气凝胶复合材料结构的FTIR表征

在催化剂存在下,使正硅酸乙酯与乙醇-水溶液混合制备硅醇溶胶,迅速将其分别注入到西南桤木和紫椴木材中,令其在室温下反应100min左右得到木材-凝胶,然后采用超临界干燥技术制备木材-SiO2气凝胶。应用FTIR方法对上述溶胶-凝胶法木材-SiO2气凝胶复合材料的结构进行了表征,结果表明,复合材料的FTIR特征基本上是由木材与SiO2气凝胶谱图加合而产生的,没有得到木材与SiO2气凝胶产生化学结合的明确证据,但是观察到气凝胶中Si—OH结构信息(844cm-1);部分木材-SiO2气凝胶复合材料试样中1735cm-1吸收峰强度明显降低,说明不当的制备工艺条件有可能造成木材中半纤维素发生降解。

碳纳米管气凝胶/天然橡胶复合材料的性能研究

碳纳米管气凝胶是一种具有分散特性的碳纳米管,通过自主研究开发的实验装置制备了碳纳米管气凝胶,并通过传统工艺制备了碳纳米管气凝胶/天然橡胶复合材料,研究了该复合材料的机械性能和导热性能等,结果证明该复合材料的拉伸强度、撕裂强度和导热性能等较炭黑/天然橡胶复合材料分别提高了47%,52%,49.9%,同时揭示了碳纳米管气凝胶良好的分散特性及其广阔的应用前景。

超临界干燥制备木材-SiO_2气凝胶复合材料及其纳米结构

采用溶胶-凝胶法和超临界干燥技术制备了木材-SiO2气凝胶,应用XRD、SEM、TEM等方法对气凝胶样品和木材-SiO2气凝胶复合材料的结构和物理性能进行了表征.结果表明:所制备SiO2气凝胶是连续网络的非晶态纳米多孔固体,其基本粒子的平均直径17～96 nm,SiO2气凝胶与木材有良好的结合并保持木材的空隙结构.

CuO(CoO,MnO)/SiO_2纳米复合气凝胶的溶胶-凝胶法制备、成胶机理及表征

采用正硅酸乙酯(tetraethyl orthosilicate,TEOS)和Cu、Co、Mn的醋酸盐溶液,通过溶胶-凝胶法、常压干燥制备了过渡金属氧化物含量高达75wt%的CuO(CoO,MnO)/SiO2纳米复合气凝胶。采用透射电镜(TEM)、傅里叶变换红外分析(FTIR)、电子散射能谱分析(EDS)和化学分析等对其微观结构、组成及成胶机理进行了探讨。结果表明:CuO(CoO,MnO)/SiO2纳米复合气凝胶的颗粒约在5～10nm,并具有SiO2气凝胶的纳米孔隙三维网络结构和高比表面积;根据过渡金属醋酸盐与TEOS比例的不同,Cu、Co和Mn能够与氧在网络结构中形成不同程度的—O—M—O—桥键连接;通过气凝胶的多孔网络分隔作用,可使更多金属氧化物CuO、CoO和MnO的纳米粒子均匀分散于CuO(CoO,MnO)/SiO2复合气凝胶或SiO2气凝胶骨架中。这种结构既有利于提高催化剂负载量,又可充分利用CuO、CoO和MnO的助催化作用。

基于混合气凝胶负载银纳米粒子构建电化学传感器用于食品过氧化氢的测定

以聚多巴胺为“胶联剂”将羧基碳纳米管和被透析的氧化石墨烯通过氨基、羧基等基团键合形成3维分层多孔结构的混合气凝胶,并以混合气凝胶为基底原位负载银纳米粒子,建立一种有效检测食品中过氧化氢的电化学方法。最佳条件为pH 7.4、工作偏压-0.4 V、电极修饰液体积5μL,以AgNPs-MAs修饰电极为工作电极对过氧化氢的响应电流是裸玻碳电极的24.5倍。采用计时电流法快速、灵敏检测过氧化氢,其峰电流与浓度呈良好线性关系,其线性方程为I=0.32c+1.66(相关系数0.9993),检出限0.02μmol/L(信噪比3)。此外,该传感器具有较高的准确性、稳定性和抗干扰性,能实现重复利用。该传感器应用于牛奶中过氧化氢的测定,回收率为98.1%~98.8%,相对标准偏差为0.58%~2.28%,有望应用于食品中过氧化氢的快速、痕量检测。

功能化纳米纤维素气凝胶应用研究

综述了纳米纤维素气凝胶的功能化方式以及功能化后的纳米纤维素气凝胶在吸附、电池、隔热阻燃和生物医学领域的应用,就功能化纳米纤维素气凝胶存在的问题进行探讨,并对其未来发展前景做出了展望。