气凝胶薄膜材料的制备与应用研究进展

概述了用溶胶-凝胶法制备气凝胶薄膜的过程,重点介绍了各种薄膜成型工艺,如旋涂法、浸渍提拉法、喷涂法、浇铸法等。根据国内外相关研究报道,综述了近年来各类气凝胶薄膜在制备及应用方面所取得的突破性进展;同时指出,气凝胶薄膜材料的功能化基础研究体系还不够完善,在规模化实际应用方面亟待寻找成本低廉、便于生产的制备工艺。

CO_(2)激光改性溶胶-凝胶SiO_(2)薄膜光谱及紫外纳秒激光损伤特性研究

研究了经过CO_(2)激光处理的溶胶-凝胶SiO_(2)薄膜的物理化学性能和抗激光损伤性能,研究结果表明激光处理后薄膜表面变得更加光滑,粗糙度从14.08 nm降低到9.76 nm,下降了30%以上;薄膜的厚度随着CO_(2)激光处理功率增加有所降低,经过20 W激光处理后薄膜的厚度下降了17%~28%,而薄膜的弹性模量和硬度等力学性能获得提升,弹性模量从1.5 GPa增加到6 GPa,硬度从40 MPa增加到110 MPa;傅里叶变换红外光谱测试结果表明激光处理后薄膜的傅里叶光谱峰值从1 125 cm^(-1)移动至1 120 cm^(-1),薄膜中的硅原子和氧原子的平均桥键角变小,原因为CO_(2)激光处理时会使局部温度升高,会加速Si—OH键脱水缩合,孔隙率降低,吸收下降。采用紫外纳秒激光对薄膜进行损伤测试,结果显示经过12 W CO_(2)激光处理后的薄膜与未经过CO_(2)激光处理的薄膜相比损伤面积更小,而损伤阈值从4.8 J·cm^(-2)上升到7 J·cm^(-2),提升了46%;经过16 W和20 W CO_(2)激光处理的薄膜紫外纳秒激光损伤阈值没有明显变化,原因为较高功率CO_(2)激光处理导致薄膜表面发生烧蚀沉积,沉积物会影响紫外纳秒损伤阈值无法有效改善薄膜的激光损伤性能。研究结果表明CO_(2)激光处理技术可以有效改善溶胶-凝胶SiO_(2)薄膜的弹性模量、硬度等力学性能和抗激光损伤性能,CO_(2)激光的功率对薄膜性能影响较大,CO_(2)激光处理是一种有效的提升溶胶-凝胶SiO_(2)薄膜紫外纳秒激光损伤特性的技术手段。

可拉伸、自修复Janus水凝胶薄膜用于柔性传感器的研究

以银纳米线为无机导电层、水凝胶薄膜为有机柔性层,基于银-硫(Ag-S)配位作用增强Janus水凝胶薄膜导电层与柔性层间的界面作用。同时,为了增强其电学性质,协同银纳米线为导电纳米基元,利用其优异的界面组装能力构筑高导电性Janus水凝胶薄膜。结果表明,动态可逆的Ag-S作用还赋予其在近红外条件下的自修复性能。利用上述获得的Janus水凝胶薄膜应用于柔性传感器,实现实时监测人体的各种运动状态。

芳纶纳米纤维合成及其气凝胶薄膜制备

研究在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的辅助下,采用聚合诱导自组装的方式制备芳纶纳米纤维(ANF)。在传统的对苯二胺(PPD)与对苯二甲酰氯(TPC)溶液缩聚工艺中,由于聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)的液晶特性,会随着链的增长而聚集沉淀,该研究创造性地采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP),可以控制PPTA分子的聚集程度,形成稳定的聚集体,从而驱动PPTA分子的自组装,最终获得芳纶纳米纤维(ANF)。利用获得的ANF溶液,通过刮涂法、非溶剂诱导相分离步骤,制备气凝胶薄膜的前驱体,最后经过冷冻干燥后得到芳纶气凝胶薄膜。通过傅里叶红外光谱、X射线衍射表征了ANF的化学结构,证实获得产物结构为聚对苯二甲酰对苯二胺;通过扫描电镜观察ANF的微观形貌,结果表明,制备的芳纶气凝胶薄膜为纳米纤维构筑的三维网络;通过热失重分析了气凝胶薄膜的热稳定性,结果表明,气凝胶薄膜的热降解温度高达535℃;通过氮气吸附解吸附测试得到气凝胶薄膜的比表面积高达175m2/g。并且,气凝胶薄膜的拉伸强度高达3.5MPa。与真空辅助过滤方式相比,该方法简化了芳纶气凝胶薄膜的制备工艺,有利于提高生产效率。

基于柔性太阳能电池和超薄水凝胶薄膜的手势识别

人们在日常生活中会用到各种各样的手势,如何将不同的手势与现有的智能可穿戴设备等结合起来对生活质量的提升有不可或缺的作用,利用太阳能相关设备的光电转换特性可以很好地解决手势识别和设备能耗问题。在柔性太阳能电池与手势识别结合的研究中,采集了5种常用手势数据,进行了Z-Score、低通滤波、滑动窗口等信号处理方法,并利用随机森林、支持向量机和神经网络等对其进行分类,成功地在小样本的基础上实现了100%的预测精度,可以证明该方法在手势识别的应用中有显著优势。

纳米复合多孔水凝胶薄膜的合成及其力学性能研究

采用物理交联的方法,以聚乙烯醇为成膜剂,加入纳米级有机硅酸镁锂,增强水凝胶膜的机械性能,又加入聚乙二醇作为成孔剂制造多孔结构,制备得到了纳米复合多孔水凝胶膜,对其结构及力学性能进行了表征,并研究了聚乙二醇的相对分子质量以及聚乙二醇浓度对纳米复合水凝胶膜的微观结构的影响;结果表明,在可见光的范围内,纳米复合多孔水凝胶膜的透明度可达99%;纳米复合水凝胶膜力学性能优异,杨氏模量可达6.77 MPa。采用纳米复合多孔水凝胶薄膜作为基底,结合特异性显色试剂制备成了比色传感器,为快速可穿戴式的检测提供了技术支持。

疏水型SiO_2气凝胶薄膜的制备

二氧化硅气凝胶薄膜是一种应用广泛的功能材料。本文采用sol gel技术和dip coating镀膜工艺 ,在玻璃表面上形成了SiO2 气凝胶薄膜 ,对SiO2 膜层进行表面修饰处理 ,得到了疏水型SiO2 气凝胶薄膜。研究了催化剂与老化过程对薄膜物性的影响。结果表明 :该疏水膜能使玻璃表面与水的接触角由5 0°提高至 12 5° 。

溶胶-凝胶薄膜的制备和应用

概述了溶胶-凝胶薄膜的制备方法和在各个领域的应用。并对溶胶-凝胶薄膜制备的基本原理、制备过程中薄膜质量的影响因素和存在的问题进行了探讨和总结。

溶胶-凝胶薄膜光纤传感器法测定空气中二氧化氮

以四乙氧基硅烷合成溶胶-凝胶薄膜,包埋偶氮试剂制备得到对二氧化氮具有灵敏响应的传感膜;与分支光纤等元件耦合成光纤传感器,通过累积吸收法能够现场测定空气中的低浓度二氧化氮.其检出限为每小时5ng/L;测定相对标准偏差为4.4%(n=6,C(NO2)=200ng/L,1h)。实验表明,CO2、NO、SO2、NO等共存气体在低浓度下对传感器测定NO无明显干扰。

疏水型二氧化硅气凝胶薄膜的制备

采用sol-gel技术、dip-coating技术和表面修饰相结合的镀膜工艺,在玻璃表面上形成了SiO2气凝胶薄膜。利用XRD、EDS、红外光谱以及自制接触角测试仪多种测试手段,对二氧化硅气凝胶薄膜进行了测试。结果表明:采用三者相结合技术制备的SiO2气凝胶薄膜呈非晶态、纯度较高,润饰角达到75°,具有良好的疏水性能。

聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜的制备与表征

采用反复冷冻-解冻的方法制备了聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜,考察了薄膜热性能、力学性能和在水中的失重率,并对其微观结构进行了分析。结果表明:当制备过程中循环冷冻-解冻次数增加,且共混薄膜中丝胶与聚乙烯醇的含量相等时,可提高薄膜的综合性能。

溶胶—凝胶法制备SiO_2气凝胶薄膜溶胶粘度的研究

用低介电常数介质薄膜代替传统的SiO2薄膜是减小ULSI中互连延迟、串扰和能耗的有效方法。SiO2气凝胶薄膜因具有低介电常数、低密度、高热稳定性等性能而成为ULSI中金属间介质的理想材料。以正硅酸乙酯为原料,采用酸/碱两步溶胶—凝胶法结合匀胶和超临界干燥等工艺在硅片上成功制备了SiO2气凝胶薄膜。研究了不同配比的SiO2溶胶粘度随时间的变化;确定了适于匀胶的溶胶的粘度范围为9～15mPa·s;发现溶胶粘度在9～15mPa·s的时间随溶剂异丙醇(IPA)用量的增加和NH4OH的减少而延长。

常压干燥法的疏水型低介电常数气凝胶薄膜(英文)

气凝胶薄膜具有超低的介电常数,在超大规模集成电路互连系统中有着巨大的应用潜力。采用溶胶-凝胶技术,通过酸/碱二步法控制实验条件,结合低表面张力溶剂替换以及CH3非活性基团置换修饰、超声振荡等,不需要超临界干燥,而仅在常压下就可以通过简单的提拉过程制备出疏水型低介电常数气凝胶薄膜。测得的红外透射光谱表明所制备的薄膜由于掺入甲基基团而疏水,接触角测试值约120o,制备过程中充分注意到:稀释、老化、有机修饰表面、热处理和提拉条件对膜的影响,使其过程达到最佳。热处理温度在150～650℃,采用6%三甲基氯硅烷时,制得的疏水型气凝胶薄膜折射率为1.08～1.12,介电常数为1.62～1.92。

疏水改性对SiO_2气凝胶薄膜性能与结构的影响

以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备SiO2气凝胶薄膜,并以不同体积分数的六甲基二硅胺烷(HMDZ)对SiO2气凝胶薄膜进行了疏水改性研究,采用椭偏仪、FITR、接触角测试仪、SEM和光谱仪等对薄膜的疏水性、微观结构及透光性进行了表征,研究了HMDZ疏水改性对SiO2气凝胶薄膜性能与结构的影响。结果表明,疏水改性后,SiO2胶粒表面的大部分亲水性-OH被疏水基团-CH3所取代,其与水的接触角达159°,疏水性好;SiO2气凝胶薄膜在可见光范围内透光率接近90%,透光性高;其孔隙率为78.8%,密度为0.464g/cm3,骨架颗粒尺寸小于40nm,具有纳米多孔网络结构特性。

气凝胶薄膜制备的研究进展

气凝胶薄膜作为一种具有独特特性的薄膜材料,在光学、热学、声学、微电子等领域受到广泛关注。概述了气凝胶薄膜的溶胶制备和溶胶镀膜制备工艺,对比了气凝胶溶胶的酸催化、碱催化和酸碱两步催化等制备方法;介绍了浸渍提拉法、旋转镀膜法等溶胶镀膜方法;综述了溶胶制备和镀膜等工艺条件对气凝胶薄膜结构和性能的影响及其研究进展,指出酸碱两步法和金属等杂化是提高气凝胶薄膜性能的有效途径;最后展望了气凝胶薄膜材料的发展和应用前景。

干燥控制化学添加剂对SiO_2气凝胶薄膜形貌和性能的影响

为了快速制备平整高透过率SiO2 气凝胶薄膜,以正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,乙二醇甲醚（EGGME）为溶剂,氟化铵为催化剂,甲酰胺（FORM）等为干燥控制化学添加剂（DCCA）,通过浸渍提拉法制备SiO2 气凝胶薄膜.采用傅里叶变换红外分析仪（FTGIR）、X 射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、原子力显微镜（AFM）、表面孔径吸附仪对材料的结构和性能进行表征,紫外-可见分光光度计（UV-Vis）考察了材料的减反性能. 结果表明,所制SiO2 气凝胶薄膜的比表面积为890.9m^2/g,孔径集中分布在22.6nm 处,孔容集中分布在0.69cm^3/g,400-800nm 范围平均透过率可达95.71%.这种均匀、平整、致密的膜层,是理想的光学减反膜.

Gd_2O_3:Eu^(3+)溶胶-凝胶薄膜发光特性研究

以无机稀土氧化物为原料制备了Gd2O3:Eu3+溶胶-凝胶薄膜,通过对不同Eu3+离子掺杂浓度、不同烧结温度薄膜发光强度的研究,得出Gd2O3薄膜中Eu3+离子的最佳掺杂浓度为10%、最佳热处理工艺为800℃下烧结2h;由薄膜和粉末激发谱的比较发现:薄膜中存在着比粉末更有效的能量传递,从而更有利于高能射线激发发光;首次观察到薄膜经过1000℃烧结2h后发光消失,并通过SEM和XRD的实验分析对这一现象进行了解释。

常压干燥制备微米级厚度RF气凝胶薄膜

以间苯二酚(Resorcinol)和甲醛(Formaldehyde)为前驱体,溶胶-凝胶法为主要方法,采用旋转涂膜,通过控制溶液配比及环境条件,用常压干燥方式取代通常的超临界干燥,成功制备出厚度在微米级的有机气凝胶薄膜.SEM照片显示,该薄膜具有与块体气凝胶相似的网络结构.分析了旋转涂膜和常温干燥过程对最终成膜的影响.结果发现,增大凝胶孔隙结构和优化凝胶老化方式是实现常压干燥的关键因素.

SiO_2气凝胶薄膜的性能、应用与制备方法

SiO_2气凝胶薄膜是一种纳米轻质材料,具有高孔隙率、低密度、低热导率、低声传播速度、低介电常数、高比表面积、透明等优异性能,在热学、光学、声学、微电子、航空航天、化学化工等领域具有广阔的应用前景。介绍了SiO_2气凝胶薄膜的性能与应用,并对其制备方法进行了综述和评价。

SiO_2气凝胶薄膜的介电性能

采用MIS结构测量了SiO2气凝胶薄膜的介电性能,其介电常数可低于2.5。验正了薄膜的介电常数与孔洞率或折射率的计算公式;探讨了SiO2气凝胶薄膜的介电色散行为和介电极化机制,指出了薄膜的低介电常数是其纳米多孔结构和疏水性能共同作用的结果。