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。

3D打印柔性SiO_(2)气凝胶复合材料的研究

SiO_(2)气凝胶因特殊网络结构而存在优异的性质,如高比表面积、高孔隙率、低热导率和低密度,是优异的保温绝热材料。但SiO2气凝胶机械性能脆弱,导致传统制造方法难以制备复杂和微小型构件,极大地阻碍了SiO_(2)气凝胶在隔热领域的发展和应用。本文通过3D打印直写技术制备了柔性SiO_(2)气凝胶复合材料,通过研究不同聚乙烯醇(PVA)溶液和十八酸钠(C_(17)H_(35)COONa)的含量,找到最佳浆料配比,打印的柔性SiO_(2)气凝胶复合材料在100℃下的热导率低至0.026 W/(m·K),同时具有较好的压缩性能、弯曲性能和疏水性。这项研究为SiO_(2)气凝胶的规模化应用提供一种可能。

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。

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。

纳米SiO_(2)气凝胶复合芯材真空绝热板制备与性能研究

以SiO_(2)气凝胶和玻璃纤维短切丝为主要原料,分别采用湿法和干法成型技术制备了SiO_(2)气凝胶基复合芯材,然后采用真空封装技术得到纳米SiO_(2)气凝胶复合芯材真空绝热板(VIP)。研究了不同含量(质量分数)SiO_(2)气凝胶复合芯材的微观结构,对比分析了两种工艺对VIP在热物理性能上的差异。结果表明:SiO_(2)气凝胶的加入使短切丝纤维芯材的三维网状结构变得紧凑,但气凝胶含量过高会导致气凝胶与纤维结合性变差;随着SiO_(2)气凝胶含量的增加,复合芯材的密度下降,真空绝热板的压缩率和回弹率也呈下降趋势;湿法工艺制备的复合芯材,气凝胶质量分数为35%时均匀性稍差,干法工艺制备的复合芯材厚度变化均≤0.04 mm,均匀性较好;湿法工艺制备的复合芯材VIP导热系数随SiO_(2)气凝胶含量增加而显著上升,而干法工艺下VIP导热系数增幅相对较小,导热系数更为稳定。

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。

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。

片状铝粉与SiO_(2)气凝胶对硅溶胶/苯丙乳液双层涂料隔热性能的影响

为提高涂料保温隔热性能,以硅溶胶为主要成膜物,苯丙乳液为辅助成膜物,在基体表面形成双层隔热涂层,其中底层和顶层涂料分别以SiO_(2)气凝胶、片状铝粉作为隔热填料。系统研究了片状铝粉和SiO_(2)气凝胶对双层涂料隔热性能的影响,并对相关隔热机理进行了探讨。结果表明:片状铝粉含量为4%时涂层的隔热效果最好,与空白板相比隔热温差达到9.1℃;SiO_(2)气凝胶的添加量为4%~5%时,涂层的隔热性能最佳。片状铝粉的添加可使涂料具有反射型隔热性能,而SiO_(2)气凝胶的添加使涂料具有阻隔型隔热特性。结合这两者的隔热特性,成功构建了具有双机制隔热特性的双层涂料结构,其隔热温差达到了10.9℃,高于单一涂层的隔热效果。

NiCo2S4/木材液化物碳气凝胶复合材料的制备及电化学性能

以木材液化物为前驱体原料,经凝胶、碳化、活化法制备的碳气凝胶(CA)为基材,通过两步水热法在其骨架表面原位负载NiCo2S4得到NiCo2S4/木材液化物碳气凝胶(NiCo2S4-CA)复合电极材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附-脱附实验、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等手段来表征NiCo2S4-CA材料的物相结构和表面形貌,通过循环伏安法、恒电流充放电及电化学交流阻抗等测试方法研究其电化学性能,探究其电荷储存机理。结果表明:NiCo2S4纳米颗粒锚定在具有珊瑚网络结构的CA骨架表面,形成丰富的多级孔隙结构。CA的引入有利于NiCo2S4的良好分散,缓解其团聚问题,且不会改变NiCo2S4的晶体结构。NiCo2S4-CA3作为超级电容器电极材料表现出极好的电化学性能,其比容量最大值为1 040.2 F/g(1 A/g),较小的等效电阻为1.01Ω和良好的循环稳定性,经2 000次恒流充放电(10 A/g)循环后,保持着初始比电容的56.61%,优于纯NiCo2S4的47.33%。NiCo2S4-CA3复合材料在20 A/g超大电流密度的电容保持率高达74.34%,远高于纯NiCo2S4的57.65%,电荷储存动力学显示其电化学过程由表面电容控制和扩散控制过程共同作用。该合成工艺简单且成本较低,NiCo2S4-CA3作为超级电容器电极材料在要求高容量、大电流密度领域具有极其广阔的应用前景。

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)。

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。

木材-纳米SiO_2气凝胶复合材料结构的FTIR表征

在催化剂存在下,使正硅酸乙酯与乙醇-水溶液混合制备硅醇溶胶,迅速将其分别注入到西南桤木和紫椴木材中,令其在室温下反应100min左右得到木材-凝胶,然后采用超临界干燥技术制备木材-SiO2气凝胶。应用FTIR方法对上述溶胶-凝胶法木材-SiO2气凝胶复合材料的结构进行了表征,结果表明,复合材料的FTIR特征基本上是由木材与SiO2气凝胶谱图加合而产生的,没有得到木材与SiO2气凝胶产生化学结合的明确证据,但是观察到气凝胶中Si—OH结构信息(844cm-1);部分木材-SiO2气凝胶复合材料试样中1735cm-1吸收峰强度明显降低,说明不当的制备工艺条件有可能造成木材中半纤维素发生降解。

超临界干燥制备木材-SiO_2气凝胶复合材料及其纳米结构

采用溶胶-凝胶法和超临界干燥技术制备了木材-SiO2气凝胶,应用XRD、SEM、TEM等方法对气凝胶样品和木材-SiO2气凝胶复合材料的结构和物理性能进行了表征.结果表明:所制备SiO2气凝胶是连续网络的非晶态纳米多孔固体,其基本粒子的平均直径17～96 nm,SiO2气凝胶与木材有良好的结合并保持木材的空隙结构.

溶胶凝胶法制备SiO_2气凝胶/纤维复合材料及其性能的表征

以正硅酸乙酯(TEOS)为前躯体,采用溶胶-凝胶工艺制备氧化硅溶胶,将其与无机陶瓷纤维预置体在常温下复合干燥后得到SiO2气凝胶隔热复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)对样品微观结构进行分析,利用热平板法对材料的热学性能进行表征,分析了氧化硅气凝胶隔热复合材料隔热机理。研究表明:采用溶胶凝胶工艺和真空技术,气凝胶充分填充在纤维预置体的空隙中,可以制得低导热系数、低热扩散系数和低比热容的SiO2气凝胶/纤维复合材料,导热系数为0.06815W/mK,热扩散系数为0.2677mm2/s,比热容为0.2919MJ/m3K。

SiO_2气凝胶/纤维复合材料制备工艺研究

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,盐酸、氨水为催化剂,采用两步法及常温干燥技术制备了纤维增强SiO2气凝胶隔热材料,研究了H2O、EtOH、pH值及温度等制备条件对溶胶-凝胶过程的影响。H2O对凝胶化过程的影响比较复杂,凝胶时间随其用量的增加先减后增,转折点处水硅摩尔比为4～6之间;溶剂EtOH对凝胶化过程有明显的抑制作用,凝胶时间随其用量的增加而增加;pH值对凝胶化过程也有比较明显的影响,pH值越高凝胶化过程越快;随着温度的升高凝胶化过程也越快。

TEPA改性Cu-BTC@SiO_(2)复合气凝胶制备及其捕集CO_(2)特性研究

在“碳达峰、碳中和”这一国家重大战略背景下,CO_(2)捕集已经成为当前重大科技发展方向。固体吸附剂吸附法在CO_(2)的捕集过程中应用广泛,其中SiO_(2)气凝胶具有成本低、合成方法灵活、分离效率高、表面易修饰等优点。然而,SiO_(2)气凝胶材料也存在CO_(2)/N_(2)吸附选择性低,CO_(2)吸附容量有待继续提高等缺陷。为解决上述问题,制备了一种Cu-BTC@SiO_(2)复合气凝胶CO_(2)吸附材料。首先,利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和氮气吸脱附测试对材料表面化学和孔隙结构进行了系统表征。然后,通过二氧化碳吸附测试对其CO_(2)吸附量、选择性吸附、循环吸附进行了研究。最后,采用理论与试验研究结合的方法,对吸附剂的CO_(2)吸附动力学进行了研究。结果表明:Cu-BTC与SiO_(2)气凝胶具有结构协同作用,与Cu-BTC复合后的SiO_(2)气凝胶不会改变材料的Si-O-Si骨架结构,同时可以保持Cu-BTC的晶体结构不受到损坏。复合材料具有726.431 m^(2)/g的高比表面积,570.781 m^(2)/g的微孔比表面积和0.184 cm^(3)/g的高微孔体积。负载四乙烯五胺(TEPA)后CO_(2)吸附量高达3.20 mmol/g,CO_(2)/N_(2)选择性吸附系数为40.8,循环10次CO_(2)吸附循环,吸附容量仅下降14%,提高了SiO_(2)气凝胶材料的CO_(2)吸附容量和吸附选择性。Avrami分数动力学模型对吸附试验结果拟合相关系数为0.99,且Avrami指数nA为1.9表明吸附剂对CO_(2)的吸附是非均质的多层吸附,既有物理吸附又有化学吸附,且以物理吸附为主。利用具有丰富微孔结构的金属有机骨架材料Cu-BTC与SiO_(2)气凝胶进行复合,使复合材料具有分级微/介孔结构,通过增强分子间作用力(范德华力)来增强材料对CO_(2)的物理吸附;使用TEPA对材料进行浸渍改性,利用有机胺和酸性气体之间的酸碱相互作用来增强材料对CO_(2)的化学吸附。

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％。

粉煤灰制备SiO_2气凝胶及其复合材料的研究进展

气凝胶材料因其具有独特的性能而成为当今国际新材料领域的研究热点。简要分析了我国目前的粉煤灰利用状况,详细综述了国内外利用粉煤灰为硅源,采用溶胶-凝胶法和常压干燥法制备SiO2气凝胶材料的研究进展,列举了SiO2气凝胶在各个领域的应用现状,指出了当前研究中存在的问题以及未来的研究方向,并展望了利用粉煤灰制备SiO2气凝胶材料的研究与应用前景。