酚醛气凝胶/炭纤维复合材料的结构与烧蚀性能

分别以密度为0.15 g/cm^3的铺层炭纤维毡和炭纤维穿刺编织体作增强体,采用酚醛树脂浸渍炭纤维,经溶胶-凝胶过程,制备出不同密度和结构的酚醛气凝胶/炭纤维复合材料(PAC)。研究表明,所制复合材料具有轻质(0.27～0.40 g/cm^3)和低热导率(0.056～0.068 W·(m·K)^(-1))特点;炭纤维穿刺编织体复合材料(P-PAC)的弯曲强度是铺层炭纤维毡复合材料(L-PAC)的2倍,当P-PAC密度为0.40 g/cm^3时,其弯曲强度可达35.9 MPa;P-PAC具有更优的耐烧蚀性能,在2 000℃、60 s的烧蚀条件下,其质量烧蚀率为0.0043 g/s、线烧蚀率为0.0147 mm/s。酚醛粒子因纳米尺寸效应能够完全分解、蒸发、升华,充分带走表面热,而气凝胶多孔结构也有效的阻止表面热量向内部传递,因而酚醛气凝胶/炭纤维复合材料具有优异的微烧蚀/隔热一体化功能。

SiO_(2)气凝胶/环氧树脂/酚醛树脂复合材料性能研究

为拓宽SiO_(2)气凝胶(SA)的应用领域,以E-51环氧树脂(EP)、SA作为添加剂,采用常压干燥法,逐次与酚醛树脂(PF)、环氧树脂/酚醛树脂材料(EP/PF)混合,制备出SiO_(2)气凝胶/环氧树脂/酚醛树脂(SA/EP/PF)复合材料,通过傅立叶变换红外光谱、比表面积、孔径及力学性能测试,研究了SA、EP对PF隔热性能、力学性能的影响。结果表明:环氧树脂嫁接到酚醛树脂分子中,可改善酚醛树脂的力学性能,当环氧树脂添加量为20%时,最大拉伸强度提高了66%,最大弯曲强度提高了62.5%;当SiO_(2)气凝胶添加比例为1%时,SiO_(2)气凝胶/环氧树脂/酚醛树脂复合材料的导热系数最小,低至0.3185W/(m·K),隔热性能相比酚醛树脂提升16.14%,为SiO_(2)气凝胶推广应用提供了理论依据。

SiO_(2)气凝胶/酚醛树脂复合材料隔热性能研究

为了拓展酚醛树脂的工程应用,采用SiO_(2)气凝胶添加相,使用直接混合的常压干燥法制备了不同比例SiO_(2)气凝胶/酚醛树脂复合材料,通过红外光谱、比表面积及孔径分析对该复合材料的隔热性能进行研究。结果表明:SiO_(2)气凝胶以填充酚醛树脂中大孔的方式与酚醛树脂聚合,形成更加密集的网络,导致酚醛树脂的平均孔径明显下降,使导热系数明显下降,当SiO_(2)气凝胶含量为1%时,复合材料的导热系数最小,达到0.3331W/(m·K),相比酚醛树脂的隔热性能提高了12.30%,隔热性能最优,为酚醛树脂在隔热应用中提供了理论支持。

磁性石墨烯气凝胶复合材料的制备及其性能研究

针对石墨烯材料在吸波领域存在介电常数较大、阻抗匹配差等缺点,采用水热法调控石墨烯与Fe_(3)O_(4)的比例,制备一种兼具宽频带、轻质、高吸波性能的磁性石墨烯气凝胶复合材料(Fe_(3)O_(4)/GA)。对复合材料的形貌、结构及吸波性能进行表征和分析,结果表明,该复合材料呈三维多孔结构,Fe_(3)O_(4)纳米颗粒均匀负载在石墨烯表面;复合材料在较宽的频带上均表现出优异的吸波性能,且随着Fe质量的增加复合材料的吸波性能逐渐增强;当FeCl_(3)·6H_(2)O添加质量为0.42 g时,复合材料Fe_(3)O_(4)/GA-0.42的RLmin在15.6 GHz处达到-49.75 dB,厚度为3 mm时的有效吸收频带宽为7.12 GHz,具有良好的吸波性能。

氮化硼气凝胶@HKUST-1复合材料的制备及气体吸附性能研究

HKUST-1作为一种多孔材料,因其超高的比表面积和孔隙率,在气体捕获和分离方面应用广泛。但是HKUST-1通常以粉末形式存在,在使用过程中通常会出现粉尘、堵塞和力学性能差等问题。为了解决这些问题,以氮化硼(BN)气凝胶作为基体,采用原位生长的方法在其纤维表面生长HKUST-1晶体,制得了块体BN气凝胶@HKUST-1复合材料。通过XRD、FT-IR、SEM和TEM等表征技术对复合材料进行结构和形貌的分析,并对其力学性能、CO_(2)吸附和选择性能进行测试。研究结果表明,通过原位生长的方法成功制备了具有一定的力学性能的块体BN气凝胶@HKUST-1复合材料。其中,3BN气凝胶@HKUST-1复合材料在50%的应变下材料的压缩强度为32 k Pa。同时,在273 K、1 bar的条件下,3BN气凝胶@HKUST-1复合材料表现出最佳的吸附性能,吸附量为73 cm^(3)/g,是纯相BN气凝胶的2.3倍。

气凝胶复合材料在干式潜水服内胆隔热性能提升中的应用

为提升干式潜水服内胆的隔热性能,并探究气凝胶复合材料在潜水服内胆中的水下应用潜力。选择絮片型、发泡型及非织造布型气凝胶复合材料,采用绗缝工艺技术模拟材料在水下的受压状态,研究其在压缩状态下的隔热性能,然后,制作潜水服内胆,通过暖体假人实验及真人水下实验测试其隔热性能。结果表明,絮片型气凝胶复合材料的水下适用性优于絮片型新雪丽棉;发泡型及非织造布型气凝胶复合材料的热阻受压强影响小,也较适用于水下环境;在真人实验过程中,潜水员的核心温度始终大于37℃,证明所研制的气凝胶复合材料内胆具有良好的水下隔热效果。研究结果可为受压环境下防护服隔热材料的应用方法提供指导建议。

气凝胶复合材料的制备及保温隔热应用进展

气凝胶复合材料由于具有密度低、比表面积大、孔隙率高和导热系数低等结构功能特性,成为最主要的新型保温隔热材料之一。本文简述了气凝胶复合材料的发展历程、制备工艺及方法,从气凝胶复合材料的微观形貌结构、热量传递组成、隔热传热表征等方面对其保温隔热性能及机理进行分析,重点介绍了近年来气凝胶复合材料的保温隔热性能应用在军事航空航天、建筑节能环保、能源存储转化、极端环境材料、电动汽车电池、冷藏(冻)运输以及供热锅炉管道等诸多领域中取得的新进展。同时,对其在各个领域应用中遇到的问题进行了详细讨论并给出建议。此外,文末对气凝胶复合材料在未来的研发、生产及应用中的研究方向进行了展望。

高强度碳气凝胶复合材料的制备及结构、性能研究

针对热防护系统的热桥阻断需求,以碳/石英纤维混编针刺预制体为增强体,酚醛树脂为碳前驱体,通过溶胶-凝胶、常压干燥和高温碳化工艺,制备出一种中密度-高强度碳气凝胶复合材料,系统研究了材料的微观结构、力学性能和隔热性能。结果表明:所制复合材料在中密度(约为0.80 g·cm^(-3))下具有较强的力学性能(5%压缩应变时压缩应力约为10 MPa)和优异的隔热性能(室温热导率<0.230 W·m^(-1)·K^(-1))。随着预制体中石英纤维质量分数从0%增加至20%,复合材料在1 000℃下等效热导率从0.224 W·m^(-1)·K^(-1)下降至0.158 W·m^(-1)·K^(-1),具备了高温热桥阻断应用潜力。进一步采用格子玻尔兹曼方法对材料室温至1 600℃下的热导率进行预测,发现了材料结构和环境因素对热导率的影响趋势,即碳气凝胶基体孔隙率的上升会导致热量传递的阻碍增大,从而导致复合材料热导率下降;预制体密度的增大导致热量传递的通道增加,使复合材料热导率增大;石英纤维含量的增加会导致复合材料热导率逐渐下降;当气压较小时,热导率随气压的增大迅速增大,而当气压较大时,热导率几乎不受影响。

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。

SiO_(2)气凝胶/硅溶胶复合材料的制备及传热机理研究

由于纳米SiO_(2)与玻璃纤维制备的复合材料表面会出现碎屑,在材料中加入硅溶胶,制备了一种新型SiO_(2)气凝胶/硅溶胶复合材料,通过热重分析仪和傅里叶变换红外光谱仪研究了SiO_(2)气凝胶含量对复合材料热性能和微观结构的影响。结果表明:随着SiO_(2)气凝胶含量的增加,复合材料热导率没有下降,而是出现上升趋势,这与复合材料的密度和固体热导率密切相关;SiO_(2)气凝胶的加入使得复合材料产生了硅氧键,但不影响复合材料的物理结构,由于硅氧键的存在,材料的物理性能更好;SiO_(2)气凝胶含量为9%(质量分数)时,复合材料的性能最佳。

SiO_(2)气凝胶复合材料在节能领域中的应用

二氧化硅(SiO_(2))气凝胶作为一种具有独特微观结构的高性能材料,以其轻质、低密度和高孔隙率的特性在各个领域显示出卓越的应用潜力。本文对SiO_(2)气凝胶复合材料进行全面探讨并发现,聚合物复合能够增强SiO_(2)气凝胶的柔韧性,同时保持其原有的轻质和高隔热性能。金属材料复合基于纳米尺度上的相互作用,能够提高SiO_(2)气凝胶的机械强度和热稳定性,而纳米材料复合则为SiO_(2)气凝胶引入了如电导性和抗菌性等新的功能特性。在节能方面,SiO_(2)气凝胶复合材料在传统砂浆和混凝土、内墙涂料、外墙与屋顶、热水器储水箱、集热器、管道系统及玻璃等多个领域展示出显著的应用效果,在提升节能效率的同时,还展现出良好的环境适应性和环境友好性,有助于推动建筑行业向可持续发展方向转型。

Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合纳米气凝胶材料耐高温性能研究

以正硅酸四乙酯(TEOS)和六水合氯化铝(AlCl_(3)·6H_(2)O)作为混合前驱体,环氧丙烷作为网络诱捕剂,在不添加螯合剂情况下,采用溶胶-凝胶工艺与CO_(2)超临界干燥法制备出了不同摩尔比的Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合气凝胶。对样品分别进行600℃、800℃、1000℃和1200℃热处理,并利用傅里叶红外光谱分析仪、扫描电镜、X射线衍射仪、比表面积分析仪、热重差热分析仪等仪器对Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合气凝胶的微观形貌、结构及热稳定性能进行表征。结果表明:当AlCl_(3)·6H_(2)O∶TEOS=8∶1时,Al_(2)O_(3)-SiO_(2)气凝胶样品在1000℃和1200℃热处理后的导热系数分别为0.0621 W/m·K和0.0803 W/m·K,在1000℃以上热处理后,孔径更加均匀,保留了较好的介孔结构;并且不同的热处理温度延缓了晶型转变,在常温和1200℃条件下,样品比表面积分别为617.14 m^(2)/g和102.9 m^(2)/g,为均匀的介孔结构(孔直径为8~32 nm),孔径低于常温下空气的平均自由程,在1200℃热处理后,样品总失重率为16.3%,具有较好的高温热稳定性。

纤维素基复合气凝胶的隔热研究进展

当前,全球面临突出的能源危机和环境污染,开发新型高效隔热材料成为研究热点。纤维素基复合气凝胶是一种新兴的可再生隔热材料,独特的纳米多孔结构和低热导率赋予其卓越的隔热性能。结合纳米纤维素的种类,综述纤维素基复合气凝胶的制备方法、类型及其隔热应用,以提高能源利用效率,降低能耗。

溶胶凝胶法制备SiO2气凝胶/石英纤维增强石英复合材料及其性能探析

为合理研究增强石英纤维复合材料性能的方法,为SiO2气凝胶制备提供合理的参考,本文以正硅酸乙醋等作为主要原料,对石英纤维进行一系列的真空浸渍固化处理,通过有效的手段,增强石英复合材料的性能,提升SiO2气凝胶的应用效果。研究表明,在石英纤维复合材料中应用SiO2气凝胶可持续优化材料的使用性能,有效降低复合材料显气孔率和吸水率,提高了材料的憎水性能,改善材料的吸湿性。同时,提高了复合材料的体积密度、力学强度,但又对石英纤维复合材料的介电常数几乎不会产生影响,对损耗角正切的降低也有一定帮助,从而满足实际应用需求。

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。

玻璃纤维增强气凝胶复合材料厚度测试方法

文章旨在介绍玻璃纤维增强气凝胶复合材料厚度测试的方法。首先介绍了该材料的应用背景和重要性,然后讨论了不同的厚度测试方法,包括机械测试和非接触式测试,并比较了它们的优缺点。在测试步骤中,详细描述了样本准备、测量位置选择和测试仪器操作等内容。此外,还介绍了数据处理和分析的方法,以及如何正确利用测试结果。最后,总结了厚度测试的目标和方法,并强调了测试结果的准确性和可靠性对于材料品质和性能的重要性。

玻璃微珠/PI气凝胶复合材料的制备与吸声性能研究

PI气凝胶是一种多孔吸声材料,但对中低频声波的吸声效果欠佳。为了提高PI气凝胶对中低频声波的吸声性能,引入不同粒径(29μm、40μm、55μm)的玻璃微珠(HGM)作为复合相,采用溶胶-凝胶、CO_(2)超临界干燥等工艺制备了中低频声波吸声性能良好的HGM/PI气凝胶复合材料,研究了复合材料的性质(比表面积、收缩率、密度)、微观结构以及吸声性能,分析了HGM的粒径、添加量和复合材料本身厚度对复合材料吸声性能的影响。结果表明:复合材料的密度(0.156~0.208 g/cm^(3))、比表面积(107.8~399.8 m^(2)/g)与HGM的堆叠密度和添加量有关。在500~6 300 Hz范围内,30 mm厚的空白样品(PI气凝胶)的吸声系数峰值为0.39(3 150 Hz),添加HGM后,相同厚度的复合材料在1 000~2 500 Hz出现峰值,较空白样品向低频方向移动,峰值大小为0.56~0.87,均高于0.39。对比发现,在1 000~2 500 Hz范围内,粒径为29μm的HGM与PI气凝胶复合后的材料吸声性能最好,粒径为40μm的HGM与PI气凝胶复合后的材料吸声性能最差。另外,随着HGM添加量的增加,复合材料的吸声系数峰值逐渐向低频方向移动,且出现先减小后增大的趋势,同时吸声系数峰值随着材料厚度的减小向高频方向移动。

FeS/壳聚糖基碳气凝胶复合材料的制备及对Cr(Ⅵ)的吸附

以壳聚糖为前体材料,通过溶胶-凝胶、冷冻干燥、碳化等方法制备FeS/壳聚糖基碳气凝胶复合材料(FeS/CA-0.5)。利用SEM、FTIR、XRD及XPS等方法对FeS/CA-0.5的微观形态和结构进行了表征,考察了FeS/CA-0.5对Cr(Ⅵ)的吸附性能,探究了反应机制。结果表明:FeS/CA-0.5保留壳聚糖基碳气凝胶的结构且成功分散FeS,比表面积大,具有超顺磁性;在100mL 100mg/L的Cr(Ⅵ)溶液中投加0.05g FeS/CA-0.5,pH为2,吸附360min可达到平衡,FeS/CA-0.5对Cr(Ⅵ)的平衡吸附量可达173.84mg/g;吸附过程符合准二级动力学和Langmuir等温吸附模型,颗粒内扩散模型表明FeS/CA-0.5对Cr(Ⅵ)的吸附是多步骤过程,整个吸附过程是自发吸热的;FeS/CA-0.5除铬机制主要是物理吸附、化学吸附及化学还原作用。FeS/CA-0.5在处理含铬废水方面有潜在应用前景。

酚醛气凝胶/碳纤维复合材料的结构调控及性能研究

以酚醛树脂为前体、碳纤维针刺预制体为增强体,采用溶胶-凝胶、常压干燥方法制备得到纳米孔酚醛气凝胶/碳纤维复合材料。在不改变材料密度的条件下,通过调节固化剂的用量来调控酚醛气凝胶的纳米颗粒尺寸及孔隙结构,改变气凝胶颗粒在碳纤维针刺预制体中的填充状态,制备出不同微观结构的复合材料。研究表明:随着固化剂用量的减少,气凝胶的颗粒粒径逐渐变小,平均孔径在230 nm^5μm范围内可调;与碳纤维复合后,随着气凝胶颗粒的减小,复合材料的力学性能逐渐提升、热导率逐渐降低、烧蚀性能明显提高。优化后的PAC复合材料具有极低的密度(0.27 g·cm^(-3))、高弯曲强度(8.9 MPa)、较低的热导率(0.065 W·m^(-1)·K^(-1));在2000℃、30 s的中等热流烧蚀条件下,质量烧蚀率为0.0081 g·s^(-1)、线烧蚀率为0.0204 mm·s^(-1)。通过调控材料的纳米结构,能够有效地提升材料的力学、隔热以及烧蚀性能,满足高性能热防护应用需求。

碳气凝胶及其复合材料的环境应用研究进展

碳气凝胶是一类密度极低且具有丰富多孔结构的新型材料。国内外学者围绕碳气凝胶及其复合材料的设计制备和环境应用开展了大量的研究工作。梳理总结了碳气凝胶及其复合材料应用于环境治理的最新进展,包括吸附去除污染物、油水分离和催化降解污染物,阐述了碳气凝胶及其复合材料组成、结构和性能之间的关系,分析材料对不同污染物的吸附、吸收和降解机制,梳理总结了现有材料的优缺点。未来研究的重点方向包括:进一步优选低成本的有机固体废弃物作为制备材料的碳源,发展低成本、规模化的材料制备方法;定向调控材料组成、结构和活性位点进而提升其性能和可循环性;结合全面的经济技术分析和环境影响评价,将碳气凝胶及其复合材料推广应用到大气、土壤和水体污染的修复。