包载型聚丙烯腈/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维制备及其隔热性能

针对传统气凝胶纤维后处理操作复杂、加工不稳定等问题,且为有效集成纳米气凝胶与纳米纤维功能和结构优势,本文围绕新型气凝胶复合纳米纤维成形与结构调控的关键难题,利用溶液喷射同轴纺丝技术将聚丙烯腈(PAN)与SiO_(2)气凝胶通过一步法制备PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维,研究了复合纳米纤维中SiO_(2)气凝胶质量浓度对纤维形态结构、稳定性、孔径分布、隔热性能的影响。结果表明:所制备的PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维形态结构上呈三维卷曲状,SiO_(2)气凝胶的引入使纤维表面形成多孔褶皱型结构,且纤维表面的微孔、介孔含量随SiO_(2)气凝胶质量浓度的增加逐渐增多;该气凝胶复合纳米纤维具有优异的隔热性能,当SiO_(2)气凝胶质量浓度为6 mg/mL时,PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维在40℃的导热系数低至0.03738 W/(m·K),未来在服用保暖、工业隔热、军用热红外屏蔽等方面具有广阔的应用前景。

用于激光照明的荧光粉@SiO_(2)气凝胶复合发光材料的制备与发光性能研究

通过溶胶-凝胶法成功制备了Tb_(3)Al_(5)O_(12)(TAG)荧光粉。热分析数据证实,增加H_(3)BO_(3)摩尔比会导致最终相的转变温度降低。同时,通过扫描电镜观察到,H_(3)BO_(3)摩尔比的提高会导致荧光粉颗粒尺寸增大。在激发波长为275 nm的条件下,发射光谱在480~650 nm范围内出现了由Tb^(3+)的5d→4f跃迁产生的多个发射峰。然后通过物理掺杂和超临界干燥工艺成功制备了荧光粉@SiO_(2)气凝胶复合发光材料。与荧光粉相比,荧光粉@SiO_(2)气凝胶复合发光材料的内量子产率显著增加,可达63.64%。采用波长为355 nm的激光源激发荧光粉@SiO_(2)气凝胶复合发光材料,可实现长距离无导线方式发光,并具有良好均匀性。以上结果证明了荧光粉@SiO_(2)气凝胶复合发光材料在激光应急照明领域具有潜在的应用前景。

Al_(2)O_(3)-SiO_(2)/纤维素复合气凝胶的制备及其阻燃性能

针对纤维素气凝胶隔热性能差、易燃烧等问题,基于液氮定向冷冻及真空冷冻干燥技术,以低成本、环境友好的微晶纤维素为原材料,Al_(2)O_(3)-SiO_(2)溶胶为阻燃剂,去离子水为溶剂,加入硼酸作为催化剂控制共水解进程,制备出隔热阻燃性能良好的Al_(2)O_(3)-SiO_(2)/纤维素复合气凝胶。采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪、锥形量热仪等研究了Al_(2)O_(3)-SiO_(2)溶胶含量对材料结构与性能的影响,并分析了复合气凝胶的阻燃机制。结果表明,随着Al_(2)O_(3)-SiO_(2)溶胶含量的增加,Al_(2)O_(3)-SiO_(2)/纤维素复合气凝胶从蜂窝状结构向多孔三维网络结构转变,孔径减小。Al_(2)O_(3)-SiO_(2)溶胶与微晶纤维素溶液体积比为2∶10时,具有最高分解温度205.21℃和最大质量保持率35.191%。点燃时间为11 s,热释放速率峰值为127.13 kW/m^(2),表现出更好的阻燃性与抑制火焰生成能力。

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)气凝胶改性复合防火聚苯板的制备及性能

构建了聚苯乙烯泡沫颗粒与玻化微珠二级级配模型,得出聚苯乙烯泡沫颗粒与玻化微珠的最佳粒径比约为5∶2,体积比约为100∶7.根据级配模型配制骨料,采用模压成型工艺制备复合防火聚苯板,显微结构显示其骨料堆积紧密、有序.分析了硅酸盐胶凝材料、SiO_(2)气凝胶及憎水剂对复合防火聚苯板性能的影响.结果表明:复合防火聚苯板的阻燃性能及拉拔强度随着硅酸盐胶凝材料掺量的增加而增大;导热系数和拉拔强度随着SiO_(2)气凝胶掺量的增加而降低,软化系数随着SiO_(2)气凝胶掺量的增加而升高;吸水率随着憎水剂掺量的增加而降低.

MnO_(2)/碳气凝胶复合电极材料的制备及其电化学性能

采用溶胶-凝胶法,利用可溶性淀粉制备碳气凝胶基体,并通过水热反应将MnO_(2)纳米结构在碳气凝胶(CA)表面原位生长,制得了MnO_(2)/CA复合电极材料,并对该复合材料进行了结构和形貌表征以及电化学性能测试.结果显示,MnO_(2)/CA复合材料相比于纯相的MnO_(2)有着更好的电化学性能.样品M15CA(原料中KMnO 4与CA以15∶1的质量比复合得到的样品)在1 A/g的电流密度下比电容可达202 F/g,电流密度从1 A/g增加至10 A/g时比电容保持率为77.4%,在10 A/g下经过10000次循环后比电容保持率为88.6%.复合材料性能的提升主要归因于CA高的导电性,其与MnO_(2)复合后电极的转移电阻显著降低.另外,CA的三维多孔网络结构有效防止了MnO_(2)的团聚,使得电极材料与电解液更加充分接触、反应活性位点增多.

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。

SiO_(2)气凝胶芳香微胶囊的制备及缓释性能

为提高芳香微胶囊的缓释性能,以SiO_(2)气凝胶为载体,利用真空法将香精负载到SiO_(2)孔道内,并进一步利用层层自组装方法在SiO_(2)气凝胶微胶囊表面包覆海藻酸钙/壳聚糖皮层,制备SiO_(2)气凝胶复合微胶囊。对包覆前后的芳香微胶囊的香精含量、缓释性能及释放机理进行研究。研究表明:在制备温度70℃,制备时间6 h条件下,微胶囊中精油质量分数可达到54.7%。微胶囊可以在常/高温下有效地实现香精的缓释,且包覆处理后的微胶囊的缓释效果得到增强。两种微胶囊在常温条件下释放香精遵循Fick扩散的特征。

Bi_(2)Te_(3)/KOH/PEDOT:PSS和SiO_(2)气凝胶增强钢丝绒热电性能研究

在热电材料研究领域,一般认为金属的Seebeck系数较低,因此有关金属的热电性能的研究并不多见。但研究发现金属的物理形态对其热电性能具有影响。考察了金属纤维钢丝绒(SW)的热电性能。发现SW(主要成分为Fe)的Seebeck系数是块体铁的2倍。在此基础上,将SW与有机和无机热电材料进行复合,并在其空隙中填充SiO_(2)气凝胶,最终制备出了Bi_(2)Te_(3)/KOH/PEDOT:PSS@SW-SiO_(2)气凝胶复合材料,使其热电性能得到了进一步提升。结果表明,气凝胶的加入可使SW的导热系数降低34%。电导率(σ)、热导率(κ)和Seebeck系数(S)得到解耦。Bi_(2)Te_(3)/KOH/PEDOT:PSS@SW-SiO_(2)气凝胶的Seebeck系数、热电优值(ZT)和功率因子(PF)分别是纯SW的1.2、3.4、2.4倍。通过改变材料物理形态和添加气凝胶来提高材料热电性能的方式有望为其他热电材料的研究提供新的思路和有益参考。

金属有机骨架/碳气凝胶复合吸附剂对模拟烟气中CO_(2)的吸附性能

金属有机骨架是重要的CO_(2)吸附材料。为提升吸附剂的CO_(2)吸附性能,改善吸附剂的耐水稳定性,将金属有机骨架与碳气凝胶复合形成复合吸附剂,用于模拟烟气中CO_(2)的分离研究。以海藻酸钠/κ型卡拉胶/壳聚糖混合物为前驱体,通过湿法纺丝技术制备了碳气凝胶;在碳气凝胶表面,以天冬氨酸为有机配体,铜为金属中心,通过共沉淀方式制备了复合吸附剂(AspCu-CCA)。通过傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱和扫描电子显微镜等方法对吸附剂进行了表征,通过循环固定床吸附法考察了复合吸附剂对模拟烟气中CO_(2)的吸附性能。结果表明,AspCu-CCA具有良好的CO_(2)吸附性能和耐水稳定性。在298K、0.1MPa下,AspCu-CCA对纯CO_(2)的饱和吸附量为323mg/g,拟一级动力学速率常数为0.083min^(-1),对体积分数为15%的CO_(2)的饱和吸附量为274 mg/g。烟气中水汽的存在有利于AspCu-CCACO_(2)吸附量的提升,而SO_(2)的存在则会导致AspCu-CCACO_(2)吸附量略有降低。复合吸附剂在20次循环吸附中保持了稳定的CO_(2)吸附量,因此具有良好的烟气CO_(2)分离应用潜力。

纤维增强SiO_2气凝胶隔热复合材料的制备及其性能

将无机陶瓷纤维与SiO2溶胶混合,经超临界干燥制备了SiO2气凝胶隔热复合材料。SiO2气凝胶纤细的骨架颗粒减少了固态热传导,纳米级孔减少了气体热传导和对流传热,同时无机陶瓷纤维减少了辐射传热。SiO2气凝胶复合材料具有良好的隔热性能,其200℃和800℃的热导率分别为0.017W/m.K和0.042W/m.K。纤维的加入提供了力学支撑,高温处理增强了气凝胶骨架强度,材料在常温和高温下均具有良好的力学性能,其常温的拉伸、弯曲和抗压强度分别为1.44MPa、1.31MPa和0.98MPa(10%应变),800℃的拉伸、弯曲和抗压强度分别为1.95MPa、1.80MPa和1.42MPa(10%应变)。

SiO_2气凝胶对复合隔热涂料性能的影响

以SiO2气凝胶为功能填料,丙烯酸树脂为成膜剂,制备透明隔热涂料。将其涂覆于5mm厚的普通玻璃上制成涂层,并对涂层进行一系列性能测试,包括接触角、红外光谱、光学性能及隔热效果等。结合实验数据分析纳米SiO2含量对复合涂料性能的影响,得出最佳的涂料配方。结果表明,该透明隔热涂料具有良好的化学稳定性和隔热性能,在500W红外灯照射10min时,样品与空白玻璃温差为11℃。

耐高温核/壳结构TiO_2/SiO_2复合气凝胶的制备及其光催化性能

以钛酸四丁酯为源,采用苯胺-丙酮原位生成水溶胶-凝胶法,在乙醇超临界干燥过程中用部分水解的钛醇盐和硅醇盐对TiO_2凝胶进行超临界修饰制备了具有核/壳纳米结构的块体TiO_2/SiO_2复合气凝胶.制备的复合气凝胶具有优异的机械性能,其杨氏模量可达4.5MPa.复合气凝胶同时具有极好的高温热稳定性.经过1000°C热处理后,线性收缩由纯TiO_2气凝胶的31%降至复合气凝胶的10%,且比表面积由纯TiO_2气凝胶的31m2·g^(-1)提升至复合气凝胶的143 m2·g^(-1).此外,该复合气凝胶经1000°C热处理后具有优异的光催化降解亚甲基蓝的性能.其优异的光催化性能得益于TiO_2/SiO_2复合气凝胶1000°C处理后高的比表面积和小的颗粒尺寸.优良的耐热性能、力学性能和光催化性能使获得的具有核/壳纳米结构的TiO_2/SiO_2复合气凝胶在光催化领域具有良好的应用前景.

DMF及热处理对常压制备Cu掺杂SiO_2纳米复合气凝胶的影响

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)为铜源,通过在复合溶胶体系中引入干燥控制化学添加剂(DCCA)N,N-二甲基甲酰胺(DMF)进行原位共溶胶-凝胶,结合常压干燥工艺,制备出具有高比表面积(560m2·g-1)的Cu-SiO2纳米复合气凝胶(含铜质量分数为5%).研究了DMF对凝胶时间、干燥过程和复合气凝胶形态结构的影响,利用N2物理吸附,全自动X射线衍射(XRD)仪,傅立叶变换红外(FT-IR)光谱仪,透射电子显微镜(TEM)等对样品的形貌结构进行了表征.实验结果表明,DMF能有效防止凝胶的开裂,抑制颗粒团簇的产生,使所得复合气凝胶的粒径减小,比表面积增加,微观结构更趋完善.高温热处理后,Cu-SiO2中的铜物种仍高度分散于骨架网络中,复合气凝胶显示出良好的热稳定性.

溶胶-凝胶法制备Al_2O_3-ZrO_2-SiO_2复合薄膜

本文采用溶胶-凝胶法以异丙醇铝、正硅酸乙酯和氧氯化锆为原料,HNO3为催化剂,PVA为成膜助剂,在多孔陶瓷管上制得了Al2O3-ZrO2-SiO2复合薄膜。研究了组分配比对溶胶性质的影响,结果表明Al2O3∶ZrO2∶SiO2在8∶1∶2～12∶1∶2之间时可得到性能符合要求的溶胶。通过扫描电镜可观察到膜的孔径为2～5μm,且膜与基底结合良好。

Si含量对TiO_2/SiO_2复合气凝胶结构及光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了不同Si含量的TiO2/SiO2复合气凝胶.利用XRD、FTIR、XPS和BET等手段表征了复合气凝胶组织结构,以甲基橙溶液光催化降解实验评价其光催化活性,研究了Si含量对TiO2/SiO2复合气凝胶的结构及光催化性能影响规律.结果表明:TiO2/SiO2复合气凝胶中Ti-O-Ti、Si-O-Si和Ti-O-Si键相互交织,使复合气凝胶具有小晶粒尺寸、高比表面积和高热稳定性.随着Si含量增大,TiO2/SiO2复合气凝胶中TiO2晶粒尺寸减小,TiO2结晶度降低,比表面积增大,平均孔径减小,且TiO2/SiO2复合气凝胶对甲基橙溶液的光催化降解活性呈现先升后降的变化趋势.适当Si含量能显著改善TiO2/SiO2复合气凝胶的结构和光催化性能,Si含量最佳值在9wt%附近.

无机铝盐法制备SiO_2-Al_2O_3复合气凝胶隔热材料

采用溶胶-凝胶法和乙醇超临界干燥工艺,以无机铝盐为原料,制备完整块状的SiO_2-Al_2O_3复合气凝胶。通过傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和X线衍射仪(XRD)研究气凝胶在热处理过程中物相结构的变化;采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对气凝胶的表面形貌和组织结构进行观察;采用N2吸附-脱附测试来研究热处理过程中气凝胶孔结构的变化。结果表明:SiO_2-Al_2O_3复合气凝胶中SiO_2相主要以无定形形式存在,而Al_2O_3相主要以针叶状或长条状的勃姆石多晶形式存在,当温度达到1 100℃时,复合气凝胶中开始产生莫来石相。随着热处理温度的升高,SiO_2-Al_2O_3复合气凝胶的比表面积逐渐减小,直到1 000℃时,比表面积仍高达416.23 m^2/g,同时高温热处理改善了气凝胶内部网络结构,使孔径分布更加均匀。

MTES疏水改性SiO_2气凝胶修饰活性炭复合材料的制备及结构表征

采用原位聚合法,以正硅酸四乙酯(TEOS)为原料、甲基三乙氧基硅烷(MTES)为疏水改性剂,活性炭为载体,制备疏水SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料。采用接触角分析仪、N2吸附法、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)对疏水SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料的表面特性和结构进行表征。结果表明:所制备的疏水SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料的接触角为156°、比表面积为759.2 m2/g、孔体积为4.38 cm3/g,最可几孔径是32nm,孔径主要分布为1～50 nm,疏水SiO2气凝胶均匀地分散于活性炭表面。

SiO_2气凝胶复合短切莫来石纤维多孔骨架复合材料的制备及性能

将短切莫来石纤维、硅溶胶、B4C粉，经过1260℃烧结制备多孔骨架，以正硅酸乙酯、去离子水和乙醇配制SiO2溶胶，并将多孔骨架与SiO2溶胶浸渍，经过超临界干燥制备SiO2气凝胶复合的莫来石隔热瓦。通过热重和差热分析、X射线能谱分析，表明B4C在700℃-900℃时发生氧化，生成B2O3将短切纤维粘接到一起，莫来石多孔骨架在1500℃以下稳定存在。具有纳米级孔洞结构的SiO2气凝胶填充了多孔骨架的微米级孔洞，隔热瓦的热导率在200℃、500℃、800℃、1000℃分别下降了44．3％、33．8％、34．6％、29．5％。此外，SiO2气凝胶的复合使得抗弯和抗压强度分别提高了50％和40％。