碳纳米管-聚苯胺/聚乙烯醇复合气凝胶的制备及其吸波性能

为了获得高性能复合气凝胶吸波材料,以螺旋碳纳米管(Helical carbon nanotubes,HCNTs)和聚苯胺(Polyaniline,PANI)为吸波剂,聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)为基体,采用定向冷冻法和低温原位聚合法制备了高性能螺旋碳纳米管-聚苯胺/聚乙烯醇复合气凝胶(HCNTs-PANI/PVA composite aerogels,HPPA)。采用扫描电子显微镜、红外光谱仪、拉曼光谱仪和X射线衍射仪对HPPA复合气凝胶的形貌与结构进行表征,并使用矢量网络分析仪测定HPPA复合气凝胶的电磁参数和吸波特性。结果表明:所制备的HPPA复合气凝胶具有优异的吸波性能,最小的反射损耗为-69.08 dB,有效吸收带宽为4.20 GHz;HPPA复合气凝胶优异的吸波性能主要归因于其定向的多孔结构和非均匀介质界面形成的良好阻抗匹配特性和多重极化协同效应。该文为构建高性能复合气凝胶吸波体系提供了新思路。

纳米孔硅气凝胶/聚苯乙烯核壳材料合成制备

为获得纳米孔超级绝热复合材料,采用硅烷偶联剂对原位生成的纳米孔硅气凝胶进行表面处理,通过分散聚合工艺制备出聚苯乙烯接枝包覆硅气凝胶的纳米核壳结构复合材料。通过电子显微镜(TEM)对上述纳米样品进行了表征,并就体系组分、引发剂、聚合参数和分散工艺的影响进行了讨论。结果表明:体系组分中对转化率影响最大的是硅气凝胶与苯乙烯的质量比;以有机类偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,经独特的超声工艺处理,获得包覆率达70%的核壳结构复合材料。

多钨酸盐修饰ZrO2气凝胶催化四氢呋喃开环聚合

采用过量浸渍结合溶剂蒸发将磷钨杂多酸(TPA)分散于ZrO2气凝胶表面(TPA的质量分数为5%-45%),再经750°C空气气氛焙烧得到多钨酸盐修饰ZrO2固体酸催化剂.借助N2吸附、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、氨程序升温脱附(NH3-TPD)和吡啶吸附红外(Py-IR)光谱对催化剂的结构及酸性质进行表征,针对四氢呋喃(THF)开环聚合反应考察其酸催化性能.研究发现,TPA与ZrO2之间较强的相互作用抑制了ZrO2的晶化,同时也在一定程度上稳定了TPA的Keggin(凯金)-阴离子结构.高温焙烧的催化剂中,活性组分以ZrO2锚定的表面相(包括含有畸变或缺陷型Keggin单元的杂多酸盐及以Zr为杂原子的类杂多酸物种等)和TPA完全分解形成的氧化物体相存在,各物种的相对量取决于TPA的负载量.催化剂表面同时具有中等强度的布朗斯特德(Brnsted)酸与路易斯(Lewis)酸中心,且初始TPA负载量为20%的催化剂实现了活性组分在载体表面的单层覆盖,因而显示最大的总酸量,对THF聚合反应也表现出最高的催化活性.在反应温度为40°C、时间为20h条件下,聚合物收率达30.9%±2%,数均相对分子质量为2698±100;在催化剂重复使用6次过程中,活性未见明显降低.

疏水SiO_2气凝胶的制备研究

采用正硅酸四乙酯、去离子水为原料,甲基三乙氧基硅烷为改性剂,乙醇为溶剂,氨水为催化剂,通过原位聚合法结合超临界干燥工艺制备出接触角为165°的疏水型SiO2气凝胶。根据乙醇用量、水用量和pH值对凝胶时间和气凝胶密度的影响关系,确定最佳工艺条件为:TEOS∶H2O∶EtOH摩尔比为1∶4∶16,pH为8.0。

超低密度碳气凝胶的制备与研究

采用溶胶-凝胶技术制备了超低密度的间苯二酚-甲醛(RF)有机气凝胶(10mg/cm3),将此气凝胶高温碳化,得到了密度只有20mg/cm3的碳气凝胶,并用扫描电镜、透射电镜、N2吸附法等表征了低密度碳气凝胶的微观结构、孔特征等性质。研究发现,低密度碳气凝胶是由粒径10～15nm的碳纳米粒子以单链珍珠链状连接组成的三维网络结构;而这些纳米颗粒是由更小的石墨微晶构成,微孔主要存在于碳纳米颗粒中,比表面积达1 783.7m2/g。氢吸附测试发现,此低密度碳气凝胶常压下在液氮温度时吸氢量可达4.4%(质量分数)。

悬浮聚合法制备可发性聚苯乙烯/SiO_2气凝胶核壳珠粒

探讨了可发性聚苯乙烯/SiO2气凝胶核壳复合珠粒悬浮聚合的原理、工艺流程,主要原料的配方,产品指标的控制等。

热处理过程中磷钨杂多酸修饰ZrO2气凝胶固体酸的结构及性能演变

基于N2物理吸附、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、吸附吡啶红外(Py-FTIR)光谱、氨程序升温脱附(NH3-TPD)等物理化学表征及催化四氢呋喃(THF)聚合反应实验结果,探讨了120-750℃空气气氛热处理对磷钨杂多酸(TPA)修饰ZrO2气凝胶(ZA)(TPZA)固体酸结构、酸性质及酸催化性能的影响.研究发现,对于固载量(TPA质量分数)为25%的TPZA材料,随热处理温度升高,ZrO2表面发生了Keggin-杂多阴离子结构畸变、杂多阴离子分解、低聚合度表面多钨酸根物种形成以及多钨酸根物种沿载体表面二维方向聚合的钨物种演变过程;材料相应地经历了其Brnsted酸性及酸催化活性失而复得的变化.在实验考察范围内,材料明显的Brnsted酸性及催化THF聚合反应活性发生在120-300℃及550-750℃两个热处理温度段.其间,材料的Brnsted酸性分别源于与Keggin-杂多阴离子及在载体表面二维方向上具有一定聚合度的聚钨物种相联系的酸性质子.在350-450℃处理温度范围内,绝大多数Keggin-杂多阴离子的分解及钨物种沿载体表面方向聚合度的不足使得样品中难以形成明显数量的Brnsted酸中心.此外,在实验考察的整个温度范围内,材料显示明显的Lewis酸性,这应该与样品表面存在配位不饱和的Zr4+阳离子及磷的氧化物有关.

聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶纳米复合材料的制备表征及其在超级电容器中的应用（英文）

通过化学氧化聚合法制备出不同比例的聚吡咯(PPY)/硝酸活化碳气凝胶(HCA)复合材料。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)表征材料的成分和形貌,结果表明,通过硝酸活化及与聚吡咯的复合,并未破坏碳气凝胶的多孔形貌,硝酸活化碳气凝胶及聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶都仍然保持着原碳气凝胶的三维纳米多孔结构。采用对照实验的方法,设计并合成五组不同配比的复合材料,聚吡咯与硝酸活化碳气凝胶的质量比例分别为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3,通过循环伏安法,恒流充放电,交流阻抗及循环性测试等考察材料的电化学性能。结果证明,当聚吡咯与硝酸活化碳气凝胶比例为1:1时,复合材料显示出最优电化学性能:比电容高达336 F?g^(-1),是纯碳气凝胶(103 F?g^(-1))的三倍有余,除此还显示出卓越的导电性与循环稳定性,2000次循环后仍保持初始电容的91%,具备优良的超级电容器电极材料性能。因此聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶复合纳米材料是超级电容器的理想电极材料。

金属醇盐法制备Ta_2O_5气凝胶

以乙醇钽为前驱物,采用金属醇盐溶胶-凝胶技术,获得了Ta2O5湿凝胶,分析了不同条件下的溶胶-凝胶过程,并初步探讨了凝胶过程机理。Ta2O5的溶胶-凝胶过程主要受到水量、催化剂用量及钽源浓度等因素的影响:体系在强酸性条件下凝胶,且随着酸性的增强,体系凝胶时间明显缩短;当水量较少时,凝胶时间随水量的增加而增加,但当水量增加到一定程度时,体系凝胶时间基本不变;实验证明,通过增大溶剂用量,体系凝胶时间延长,气凝胶理论密度降低。通过对溶胶-凝胶过程的控制,结合超临界干燥技术,获得了密度低至44 mg/cm3的Ta2O5气凝胶样品。

HPW/Al2O3催化剂的制备、表征及催化四氢呋喃聚合的研究

采用溶胶-凝胶法结合超临界流体干燥技术制备了Al2O3气凝胶载体,以浸渍法制得Al2O3气凝胶负载磷钨酸固体酸催化剂（HPW/Al2O3）。利用N2吸附-脱附、X射线粉末衍射（XRD）、NH3程序升温脱附（NH3-TPD）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）、吡啶吸附红外光谱（Py-IR）等手段对HPW/Al2O3催化剂的织构、结构、表面性质等进行了表征,并考察了该催化剂在四氢呋喃聚合反应中的催化性能。结果表明,HPW/Al2O3催化剂负载量在50%~70%能较好地保留HPW的Keggin结构,具有强的Br nsted酸性特征,催化剂的酸量与酸强度随HPW负载量的提高呈递增趋势,而聚合物的收率及相对分子质量（以下简称分子量）与催化剂的酸量间存在线性关系,酸量越大,收率越高,分子量越低。

纤维素微纤气凝胶增强聚合物复合材料研究

采用纤维素微纤气凝胶增强聚合物材料的方法,首先制备出乙烯基三甲氧基硅烷改性的纤维素微纤气凝胶(SA),然后将SA作为增强聚合物复合材料,主要介绍了两种复合方法,一是直接共混法制备聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料;二是原位聚合法制备出聚苯乙烯复合材料,通过软单体丙烯酸正丁酯(BA)来调节复合材料。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、热失重分析和万能材料试验机等手段对复合材料的结构与性能进行表征。结果表明:两种方法制备的复合材料,与纯聚合物相比,热稳定性都有所提高。

气凝胶在聚酯中应用研究

讨论了气凝胶在聚酯中的应用情况,讨论添加不同比例的气凝胶对聚酯的影响情况,添加气凝胶的方式对能否进行缩聚反应非常重要,研究气凝胶-PET共聚酯聚合与纺丝工艺,当聚酯中气凝胶含量达到1%时,共聚酯切片外观及可纺性较好,纤维极限氧指数达到31.3%,阻燃性能较好。

酚醛树脂气凝胶的溶胶-凝胶法制备及合成机理

以商业酚醛树脂为原料,介绍了一种工艺简单、制备周期短、成本低的低温溶胶-凝胶聚合和常压干燥工艺制备酚醛树脂气凝胶的方法。使用3种酚醛树脂(低黏度钡酚醛、普通热塑性酚醛和硼酚醛)在醇溶剂中制备了3种系列的凝胶。采用扫描电子显微镜、比表面积及孔隙率分析仪和红外光谱分析了所制备气凝胶的骨架结构和孔结构及合成机理。所制备的多孔纳米酚醛树脂气凝胶密度低至0.17~0.23 g/cm^(3)、压缩强度为0.68~0.80 MPa,热导率为0.039~0.046 W/(m·K)。研究表明,酚醛树脂与醇溶剂之间有较强的选择匹配性,轻质多孔的钡酚醛树脂气凝胶只能在乙醇中合成,热塑性酚醛树脂在正丙醇溶剂中得到的气凝胶结构更均匀,而硼酚醛树脂由于固化温度过高,难以通过该方法获得气凝胶材料。这种低成本、简捷的气凝胶制备工艺对实现酚醛树脂气凝胶的大尺寸制备和产业化发展具有重要意义。

细菌纤维素气凝胶ARGET ATRP接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯

以含溴的细菌纤维素气凝胶为引发剂,维生素C(Vc)为还原剂,N,N,N',N,'N″-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)/溴化铜(Cu Br2)为催化剂,通过电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合(ARGET ATRP)方法,制备了含聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)刷的细菌纤维素气凝胶规整接枝共聚物。采用能谱对大分子引发剂元素含量进行测定,并利用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜、热失重分析对其结构和性能进行表征。结果表明,接枝聚合反应可控,大分子引发剂Br元素含量为6.77%;GMA接枝聚合后纤维直径增大且在纤维表面形成覆盖层;起始热分解温度由205℃升高到246℃,热稳定性增强。

悬浮聚合法制备SiO2气凝胶-聚苯乙烯复合材料

采用悬浮聚合的方法制备了SiO2气凝胶-聚苯乙烯复合材料,研究了SiO2气凝胶添加量对复合材料在合成过程中的聚合时间、聚合度、分子量及其分布的影响,以及对复合材料的Tg、高温稳定性等性能的影响。结果表明,随着SiO2气凝胶含量的增多,聚合反应时复合材料的聚合时间增长,单体转化率下降;GPC测试表明,随着SiO2气凝胶添加量的增加,数均分子量减低,且PDI有所增加,同时平均粒径增长迅速;DSC与TG测试表明,玻璃化转变温度与初始分解温度逐渐升高,失重速率有所降低。

细菌纤维素气凝胶接枝甲基丙烯酸二甲氨乙酯的制备

为制备新型细菌纤维素(BC)气凝胶可控接枝聚合物,采用电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合(ARGET ATRP)法,以含溴的细菌纤维素为引发剂、维生素C(VC)为还原剂、N,N,N',N',N″-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)/溴化铜(CuBr_2)为催化剂,制备了含聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯(PDMAEMA)的细菌纤维素气凝胶规整接枝共聚物。采用能谱分析仪对大分子引发剂元素含量进行测定。借助凝胶渗透色谱、红外光谱、X射线衍射、扫描电镜、热失重分析表征了接枝物结构和性能。结果表明:以细菌纤维素气凝胶为原料,采用ARGET ATRP法成功制备了BC-g-PDMAEMA聚合物,其相对分子质量分布指数为1.27,接枝率为875.76%,接枝后纤维直径增大且在纤维表面形成覆盖层,热稳定性由205℃升高到230℃。

SiO2气凝胶负载磷钨酸催化四氢呋喃聚合反应的研究

采用等体积浸渍法制备了SiO2气凝胶负载磷钨酸(HPW)催化剂,利用BET、XRD、NH3-TPD、FT-IR、Py-IR对催化剂结构及表面性质进行了表征.将催化剂应用于四氢呋喃(THF)聚合反应,考察了HPW负载量、聚合时间、聚合温度等条件的影响.结果表明:在负载量50%,反应温度50℃、反应时间4 h条件下,反应收率达53%,聚合物数均分子量2000左右,可用作纺织、化工等领域的生产原料.

二氧化硅气凝胶制备条件对热导率的影响

二氧化硅(SiO_(2))气凝胶由于其内部的多孔网状结构与气体填充,热导率极低,可应用于多种保温隔热材料。通过实验研究了二氧化硅气凝胶的热学性能,并分析了不同水解时间、蒸馏水体积、反应物体积比、pH值对其热学物性参数的影响规律。结果表明:在所研究的范围内,随着水解时间的增加,二氧化硅气凝胶热导率减小;随着反应物体积比、蒸馏水体积和pH值的增加,二氧化硅气凝胶热导率先减小后变大。

新型炭气凝胶的制备及电化学性能研究

以间苯三酚、间苯二酚和甲醛为原料,碳酸钠为催化剂,经溶胶-凝胶、溶剂置换、常压干燥制得有机气凝胶,然后高温炭化得到炭气凝胶。采用正交实验法考察了间苯三酚与间苯二酚的摩尔比、催化剂用量、原料质量分数和反应温度对炭气凝胶结构的影响。采用低温液氮吸附法、XRD等手段对炭气凝胶的微观结构进行表征和分析,采用循环伏安、恒流充放电等检测技术评价了其电化学性能。结果表明,炭气凝胶最佳合成条件为间苯三酚与间苯二酚摩尔比1∶4,催化剂用量800(n(P+R)/nC=800),原料质量分数35%。在最佳条件下,炭气凝胶平均比表面积为609.11 m^2/g,平均孔径为5.42 nm;XRD分析表明:炭气凝胶主要以非晶炭形式存在;在6 mol/L KOH溶液中,炭气凝胶的比电容为229.17 F/g,并且具有良好的电容特性和可逆性。