Al_(2)O_(3)/SiO_(2)/ZrO_(2)三元复合气凝胶材料的制备及性能研究

以六水合氯化铝(AlCl_(3)·6H_(2)O)、正硅酸乙酯(TEOS)和八水合氧氯化锆(ZrOCl_(2)·8H_(2)O)为混合前驱体,以环氧丙烷(PO)作为凝胶网络诱导剂,乙醇和水作为溶剂,采用溶胶-凝胶工艺和二氧化碳超临界干燥技术制备出了Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-ZrO_(2)三元复合气凝胶。研究了不同PO添加量、醇水体积比和Al/Si/Zr摩尔比对其性能和结构的影响,采用扫描电镜、比表面积分析仪和多功能粉体物理特性测试仪对气凝胶的凝胶形态、微观形貌及孔结构进行表征。结果表明:当PO添加量为88mL,醇水体积比为8∶9,Al/Si/Zr摩尔比为12∶3∶1和12∶4∶1时制备出的气凝胶结构性能良好,且凝胶时间在较合适的范围内,具有较低的密度为0.125g/cm^(3)和0.143g/cm^(3),较高的比表面积为683.14m^(2)/g和684.56m^(2)/g。

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。

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。

SiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合材料的3D打印制备及对染料废水的处理性能

使用直写型3D打印的方式制备了高比表面积与多孔结构的SiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合气凝胶材料,并对材料的微观形貌、多孔结构进行了表征,测试了其对于模拟溶液中高浓度罗丹明B(RhB)的吸附及催化降解性能。研究结果表明,3D打印SiO_(2)块体气凝胶比表面积达482.1 m^(2)/g,具备孔隙体积为1.195 cm^(3)/g的纳米多孔结构,对RhB具有好的吸附性能。经g-C_(3)N_(4)修饰所得的SiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合气凝胶材料孔结构与比表面积变化不大,除仍保持较高的吸附性能外,在紫外光照下对RhB(100 mg/L)的去除率可达99%以上。经5次循环测试后SiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合气凝胶对RhB的去除率仍达92.98%,相比之下3D打印SiO_(2)气凝胶仅为55.75%。机理分析表明,复合材料中的g-C_(3)N_(4)可吸收光能并生成光生电子空穴对,其与H_(2)O和O_(2)作用产生氧化活性物质超氧自由基,最终均参与光催化氧化还原反应中对RhB大分子的催化氧化降解。3D打印结构具有的高比表面积实现了催化剂与RhB大分子较大的反应接触面积,提高了复合材料的光催化降解效率及循环稳定性。

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。

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.

SiO_(2)气凝胶/TPO弹性体复合材料的制备及性能研究

制备了SiO_(2)气凝胶/TPO弹性体复合材料,研究了SiO_(2)气凝胶添加量对复合材料导热系数、吸水性能、浸水后力学性能的影响。结果表明:随着SiO_(2)气凝胶添加量的增加,复合材料的导热系数逐渐减小,且减小幅度趋缓;SiO_(2)气凝胶添加量越大,复合体系的吸水率越大;浸水后复合材料的拉伸强度、断裂伸长率随着SiO_(2)气凝胶添加量的增加呈先增大后减小的趋势。从SiO_(2)气凝胶/TPO弹性体复合材料断面的SEM形貌图可以看出,SiO_(2)气凝胶添加量增加会导致基材有褶皱产生。综合性能和成本分析,较为合适的SiO_(2)气凝胶添加量为1%~3%,此时制得的SiO_(2)气凝胶/TPO弹性体复合材料综合性能较为优异。

SiO_(2)气凝胶纤维隔热复合材料的常压制备及性能表征

SiO_(2)气凝胶的力学性能较差,隔热性能较强,为了使其成为良好的隔热材料,本文提出一种SiO_(2)气凝胶纤维隔热复合材料的制备方法。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,玻璃纤维和陶瓷纤维为增强体,硅烷偶联剂KH550和KH570为纤维处理剂,在常压条件下制备SiO_(2)气凝胶纤维隔热复合材料,并对材料性能进行表征。结果表明:前驱体中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)含量越高,复合材料中SiO_(2)气凝胶导热系数越低,低至0.028 W/(m·K);使用硅烷偶联剂KH550时,基体和纤维之间结合的紧密程度更高;纤维的加入使SiO_(2)气凝胶的力学性能达到很高水平;当前驱体中TEOS与CTAB摩尔比为1∶0.022时,经KH550处理的玻璃纤维/SiO_(2)气凝胶复合材料导热系数为0.054 W/(m·K),力学性能良好,隔热性能最优。

SiO_(2)纳米复合气凝胶改性工艺研究进展

介绍了前驱体改性法、无机/有机纤维增强改性SiO_(2)气凝胶、有机聚合物复合改性SiO_(2)气凝胶等复合材料的制备工艺过程,以及他们的增强改性机理、材料综合性能表现;探讨了SiO_(2)纳米复合气凝胶隔热材料的未来研究方向,认为需要进一步的研究来确定纤维在凝胶过程中发生的作用,并将联系两相之间的相互作用与纳米多孔结构;如何实现SiO_(2)纳米复合气凝胶隔热材料的工程化应用,并在保持气凝胶材料原有优异性能的同时,改善其柔韧性和力学强度,是当前制备工艺研究的关键。

耐高温SiO_(2)气凝胶隔热复合材料的重复使用性能

空天往返飞行器热防护系统要求隔热材料必须具有良好的可重复使用性能。以耐高温SiO_(2)气凝胶隔热复合材料(SAF)为研究对象,采用800℃/2000 s马弗炉热处理方式,研究高温重复使用次数对SAF材料热稳定性、微观结构和组成、力学和隔热性能的响应。结果表明:经800℃/2000 s马弗炉处理20次后,SAF材料800℃热导率(0.0420 W/(m·K))和隔热性能(800℃/2000 s石英灯红外辐射加热,材料背面温升147.6℃)与热处理前性能相当,压缩强度增加33%(3%应变),材料厚度、微观结构形貌和材料组成变化不大。

SiO_(2)-Ag气凝胶PLA复合熔喷非织造材料的制备及其空气过滤性能

为提升聚乳酸(PLA)熔喷非织造材料的空气过滤性能,通过溶胶-凝胶法制备出掺杂Ag的SiO_(2)气凝胶(SiO_(2)-Ag),并采用熔融共混法获得不同比例的SiO_(2)-Ag PLA共混材料,经熔喷加工制备出SiO_(2)-Ag PLA复合熔喷非织造材料。通过对复合熔喷材料的表面形貌、结构、空气过滤和力学性能进行表征,结果表明:SiO_(2)-Ag能够均匀分布于PLA基体中,随着SiO_(2)-Ag含量的增加,复合熔喷材料的平均纤维直径和孔径略有增大,过滤效率与拉伸强度先增加后减小,过滤阻力下降,透气率和品质因子提高。当SiO_(2)-Ag质量分数为3%时,SiO_(2)-Ag PLA复合熔喷材料的综合性能最佳。

ZrO_(2)/SiO_(2)改性隔热纤维素微纤维气凝胶复合织物的制备及其性能

为制备一种隔热的功能纺织品,分别以涤棉混纺机织物、PP熔喷无纺布、PP纺粘无纺布为骨架材料,将经2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)介导氧化后的纤维素微纤维与Zr^(4+)、SiO_(2)前体溶液的混合液浇筑到织物表面,经冷冻干燥后制备ZrO_(2)和SiO_(2)改性的隔热纤维素微纤维(CMF)气凝胶复合织物。通过傅立叶红外(FTIR)、X-射线衍射(XRD)、热成像仪、厚度仪、强力拉伸仪等对气凝胶复合织物进行表面形貌、化学组成、隔热性能及服用性能分析。结果表明:气凝胶复合织物具有较高孔隙率,且气凝胶层与织物表面结合良好;FTIR和XRD表明Zr和Si成功附着在织物表面构成耐高温层;随着气凝胶层厚度的增加,复合织物的隔热性能也有所提升。本文制备的气凝胶复合织物具备优良的隔热性能,且服用性能良好。

PP/SiO_(2)和PET/SiO_(2)复合气凝胶的制备及性能研究

为改善传统SiO_(2)气凝胶脆性较大和易碎等缺陷,选取聚丙烯(PP)针刺非织造布和涤纶(PET)吸声棉非织造布作为增强体,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,采用酸碱两步法和溶胶凝胶法,以三甲基氯硅烷(TMCS)为疏水改性剂,再通过常压干燥法制备PP/SiO_(2)和PET/SiO_(2)复合气凝胶。对SiO_(2)复合气凝胶的微观形貌结构及亲疏水性能、力学性能、导热性能、吸声性能等进行表征和测试。结果表明:SiO_(2)气凝胶以黏附或填充的方式附着于两种非织造布的纤维表面及孔隙中,且复合未改变非织造布中原料分子的晶型结构;所得PP/SiO_(2)和PET/SiO_(2)复合气凝胶具有良好的弯曲性和韧性,疏水性提高,导热系数更低,吸声系数提高。

绿色节能型SiO_(2)气凝胶复合材料性能特点与关键技术研究

SiO_(2)气凝胶复合材料具有优异的隔热保温、阻燃防火、疏水、隔声等综合性能,是船舶与海洋、工业能源、军工等领域理想的绿色节能型材料,随着技术发展将逐步取代传统保温材料。通过分析SiO_(2)气凝胶复合材料性能特点、国内外发展趋势,剖析船舶与海洋工程装备、碳达峰碳中和发展等典型应用需求,研究SiO_(2)气凝胶复合材料关键技术,为绿色节能型SiO_(2)气凝胶复合材料性能改进与推广应用提供参考。

Cs_(x)WO_(3)/SiO_(2)复合气凝胶的结构调控及其吸附/光催化性能

为充分利用SiO_(2)气凝胶的优异吸附性能和Cs_(x)WO_(3)的光催化性能,通过一锅溶剂热法制备Cs_(x)WO_(3)/SiO_(2)复合气凝胶,并研究了贵金属Pt掺杂对其结构及吸附/光催化性能的影响。采用XRD、SEM、TEM和BET对制备的复合气凝胶进行晶相、微观结构和孔结构分析;通过傅里叶红外光谱仪分析复合气凝胶表面官能团;利用多功能光化学反应仪及紫外可见分光光度计测试其吸附/光催化性能。结果表明,复合气凝胶的主晶相为Cs_(0.20)WO_(3),且具有介孔结构,Pt掺杂有利于增强Cs_(x)WO_(3)/SiO_(2)复合气凝胶的光催化能力,对罗丹明B表现出较好的吸附/光催化活性。

SiO_(2)气凝胶复合保温材料的制备工艺及性能研究

介绍了SiO_(2)气凝胶复合保温材料的配比及制备工艺,与传统工艺制备SiO_(2)气凝胶保温材料的微观形貌、导热系数及力学性能进行对比分析发现,采用丁苯乳液和高黏度纤维素醚等改性活性外掺料硅灰来包裹增强SiO_(2)气凝胶的制备工艺具有先进性。对不同体积掺量的SiO_(2)气凝胶制备复合保温材料的导热系数和力学性能研究发现,SiO_(2)气凝胶体积掺量为31%时复合保温材料性能优异。