RF气凝胶的性能测试和应用研究

间苯二酚-甲醛气凝胶（RF气凝胶）是一种无序、多孔的纳米非晶固态材料．其政化产物碳化气凝胶（CRF气凝胶）具有大的比表面积、好的导电性和电化学稳定性，成为制备超级电化学双层电容器也（SEDLCs）的理想电极材料．文中研究了RF、CRF气凝胶的网络结构、成分组成、孔径分布及电导率等特性；研究了RF气凝胶的碳化过程，并研制出了静电容量为30F·g-1的SEDLCs的实验室原理性器件，从而为该材料的应用开发奠定了基础．

CRF——一种超级双电层电容器的理想电极材料

综述了国内外双电层电容器的发展历史和现状,介绍了以碳化间苯二酚-甲醛气凝胶(CRF)为电极材料的一种新型电化学双层电容器。对此种超级双电层电容器的应用作了展望。

RF气凝胶扩孔影响因素初探

实验需要的间苯二酚-甲醛(RF)气凝胶的孔径大于标准RF气凝胶所形成的孔径。利用双催化技术(即先加碱性催化剂,再加酸催化剂)进行了标准RF气凝胶扩孔实验,该技术通过改变碱、酸催化剂的浓度和碱催化剂作用时间来控制孔径,并缩短凝胶时间来改善微球的非均匀性以提高其产率达到可接受的范围。文中用氮吸附,透射电镜表征了双催化制得的RF气凝胶,并与标准RF小孔样品进行对比分析,并讨论了各种因素对孔径大小及孔径分布的影响。

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.

RF气凝胶分形生长过程的计算机模拟

采用分形概念对RF气凝胶的生长过程进行了计算机模拟。在扩散限制簇凝聚(DLCA)模型的基础上,研究了溶胶粒子密度和能量分布对凝胶化过程的影响,以及凝胶分形维数随着凝胶复杂程度的变化关系。利用C++语言编制了模拟凝胶生长过程的软件,并采用origin 6.1处理模拟后的数据,得到凝胶的分形图像。

RF炭气凝胶孔结构的控制及其电化学性能研究

考察了在以间苯二酚(R)和甲醛(F)为原料,碳酸钠(C)为碱性催化剂,通过溶胶-凝胶过程和常压干燥方法制备RF炭气凝胶过程中CO2活化对炭气凝胶孔结构的影响,并通过恒流充放电和循环伏安法测试其电化学性能。结果表明:CO2活化可明显提高炭气凝胶BET比表面积(SBET)和孔容(vtotal)。RF炭气凝胶在900℃下活化3h,SBET从未活化时的633m2/g提高到1271m2/g;相应的电化学测试结果表明,以1mA/cm2的电流充放电,其比电容可从未活化样的81F/g增加到172F/g;以30mA/cm2的电流进行充放电试验,活化样的比电容仍可达到131F/g。

块状RF有机气凝胶的常压干燥制备及结构控制

以间苯二酚和甲醛为原料,无水碳酸为催化剂,在常压干燥条件下可成功制备出具有良好纳米网络结构的RF气凝胶。采用SEM、比表面测量仪及孔径分布仪(BET)等测试手段对其结构进行了表征与测试。结果表明,通过改变R/C可以实现有机气凝胶的颗粒直径及孔洞由纳米到微米级的连续调节.此外采用常压干燥法所得到的有机气凝胶样品具有321～632 kg/m3的低密度,其中密度为428 kg/m3的样品的比表面积为188 m2/g。

Cu/RF有机气凝胶复合材料的制备及热性能

有机气凝胶结构强度低,存在耐热性能不稳定等缺点,通过制备具有双连续结构的金属/气凝胶复合材料,研究有机气凝胶结构形成工艺与双连续介质形成条件,利用间苯二酚(R)和甲醛(F)为前驱体,采用常压干燥法制备多孔有机气凝胶结构,以泡沫金属为模板制备了具有双连续结构的金属/RF气凝胶复合材料。研究表明:当间苯二酚与催化剂的摩尔比为1 000∶1、间苯二酚与甲醛的摩尔比为1∶2、间苯二酚与甲醛的质量浓度为40%、催化剂为NaHCO 3时,能制备结构均一RF有机气凝胶,炭化后能形成具有纳米结构的炭气凝胶;通过该方法所制备的Cu/RF有机气凝胶复合材料热性能稳定。该研究为具有连续结构特征的炭气凝胶复合材料的开发与研制奠定了基础。

常压干燥法制备炭气凝胶

炭气凝胶是一种具有交联状结构的新型纳米多孔材料 ,它是用溶胶 凝胶法和超临界干燥工艺制成的有机气凝胶 (RF)经炭化得到的。它具有比表面积大和电导率高等特性 ,可用作超级电容器和可充电电池理想的电极材料。通过优化传统制备炭气凝胶的工艺 ,成功地在常压条件下制备出了高RC比 (间苯二酚与催化剂的摩尔比 )的RF气凝胶和炭气凝胶。用扫描电子显微镜 (SEM)、比表面积测试与孔径分布 (BET)等方法对其微结构进行了研究。结果表明 ,常压干燥法制备的炭气凝胶也具有纳米网络结构和大比表面积。用常压干燥代替了超临界干燥 ,大大降低了制备成本 。

惯性约束聚变靶材料碳气凝胶的制备方法

用溶胶 凝胶法制备出了高RC比 (间苯二酚与催化剂的摩尔比 )的RF有机气凝胶 ,通过溶剂替换 ,成功地实现了常压条件下的干燥工艺。经高温碳化处理 ,将RF有机气凝胶转化为碳气凝胶 ,改变RC比和聚合单体的质量百分数 ,可控制气凝胶的粒径及孔径、密度及比表面积。用扫描电镜 (SEM )、BET等方法对其颗粒大小、密度、比表面积及孔径分布等微结构进行了分析测试。

催化剂种类对间苯二酚甲醛气凝胶结构的影响

首次以 K2 CO3 、Ca( OH) 2 为催化剂制备 RF炭气凝胶 ,相同条件下溶胶转变为凝胶的时间 ( tg )最低达到 40 m in,且密度优于 Na2 CO3 催化得到的 RF气凝胶 ,最低为 0 .0 47g/cm3 .TEM表征结果显示 :Ca( OH) 2 催化得到的气凝胶具有纳米级网络结构 ,构成网络的球状颗粒均匀 ,平均直径 5～ 10 nm 。

块状低密度C/SiO_2复合气凝胶的制备

采用溶胶凝胶法结合CO_2超临界干燥工艺制备间苯二酚甲醛/SiO_2(RF/SiO_2)复合气凝胶,RF/SiO_2气凝胶高温炭化得到块状低密度C/SiO_2复合气凝胶研究反应物质量分数对溶胶凝胶过程和热处理过程的影响,考察不同热处理温度对C/SiO_2复合气凝胶孔结构的影响。结果表明:反应物质量分数为13%时,RF/SiO_2气凝胶受热处理工艺的影响较小,炭化温度升高至1200℃对C/SiO_2气凝胶网络结构有明显的改善作用。

间苯二酚-甲醛凝胶自发成膜技术研究

以间苯二酚和甲醛为原料,对水相溶胶-凝胶聚合自发成膜技术获得间苯二酚-甲醛(RF)凝胶薄膜进行了研究。主要研究了溶胶-凝胶过程中冰醋酸(HAC)含量和反应温度对凝胶过程的影响,分析了RF有机凝胶自发成膜的形成机理。IR和SEM分析表明,所得到的凝胶膜具有典型的RF有机气凝胶结构,薄膜厚度大约为50μm,膜由直径10μm左右的粒子组成,没有观察到明显的孔洞结构。分析认为,在间苯二酚和甲醛占总溶液的质量分数为67%左右及控制pH值在一定的酸性范围,RF凝胶自发成膜过程和机理可以用RF凝胶的收缩机理加以解释,RF自发膜的表面形貌及形成机理与均匀泡沫的连续相分离机理类似。

间苯二酚-甲醛树脂基气凝胶微结构的掺杂调控

通过掺杂双酚环氧树脂来调控间苯二酚-甲醛(RF)气凝胶的微结构,在常压干燥条件下获得线收缩率较小的树脂基气凝胶。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、N_2吸附-脱附比表面积与孔径分析仪等仪器对树脂基气凝胶的微观形貌、结构进行表征,用Hotdisk热分析仪测试热导率。结果表明:在常压干燥后,通过掺杂双酚环氧树脂,间苯二酚(R)与Na_2CO_3(C)催化剂的n(R)/n(C)值为500、间苯二酚占甲醛质量分数30%的RF树脂基气凝胶密度为0.42 g/cm^3,仍能维持较好的孔结构,比表面积为421.8 m^2/g,并且极大地降低了树脂基气凝胶的线收缩,线收缩率为1.5%。

铸造黏结剂间苯二酚-甲醛气凝胶的研究进展

有机气凝胶基于其纳米结构和组成,有望取代传统聚合物用作造型材料黏结剂。以间苯二酚-甲醛有机气凝胶为黏结剂制得的铸型强度高、透气性及保温性能好,型芯易移除,同时热分解产物无污染,作为新型的型(芯)砂黏结剂在砂型铸造生产中具有广阔的应用前景。综述了国内外关于间苯二酚-甲醛(RF)气凝胶作为铸造砂型(芯)黏结剂的研究进展,并对其未来发展趋势进行了分析。

原料配比对间苯二酚-甲醛气凝胶性能的影响

为获得较低热导率和较高强度的高性能隔热材料,通过常压干燥制备间苯二酚-甲醛(RF)气凝胶,研究了原料配比对气凝胶性能的影响规律。结果表明:催化剂浓度减小,气凝胶密度和收缩率减小,同时强度降低;反应物浓度减小,气凝胶密度和收缩率增大,强度也增大,但热导率降低。制备的气凝胶最大密度为0.847 1 g/cm^3,弯曲强度提高18.2倍(从1.22 MPa增至22.26 MPa),较佳热导率为0.058~0.076 W/(m·K)。

间苯二酚-甲醛增强二氧化硅气凝胶的制备及其吸波性能

为了探究SiO_(2)气凝胶在电磁吸波领域应用的可能性,通过溶胶-凝胶技术引入间苯二酚-甲醛(RF)构建多孔骨架,再结合常压干燥法,成功合成RF/SiO_(2)复合材料,并对RF/SiO_(2)气凝胶进行了热处理,通过SEM、XRD等对热处理后的RF/SiO_(2)气凝胶微观结构和理化性能进行表征,探究了热处理温度对RF/SiO_(2)气凝胶吸波性能的影响规律。结果表明:随热处理温度的增加,吸波性能大幅提升,当热处理温度为1500℃时,RF/SiO_(2)气凝胶在4.05 mm厚度下表现出−48.42 dB的最小反射损耗,当厚度为3.45 mm时有效吸收带宽达到了2.06 GHz,表现出了优异的电磁波吸收性能。该研究为制备高性能吸波材料提供了指导。