超临界干燥制备木材-SiO2气凝胶复合材料及其纳米结构
al2o3-sio2 复合纳米气凝胶材料机理
al2o3-sio2 复合纳米气凝胶材料机理复合纳米气凝胶材料是一种新型的多孔材料，具有高比表面积、低密度、高孔容、优异的热、电、声学性能等特点。
其中，Al2O3-SiO2复合纳米气凝胶材料由Al2O3和SiO2等多种无机物组成，其制备机理可分为以下几个步骤：
1. 溶胶凝胶法制备前驱体：将Alkoxysilane、Hexamethyldisiloxane( HMDS)、Al(NO3)3的水溶液按一定摩尔比混合，加入适量的酸催化剂（如 HNO3），搅拌混合，生成透明的溶胶。
2.无织网法制备复合纳米气凝胶：将所制备的前驱体溶液均匀地涂覆于无织网表面，经烘干处理形成一定厚度的凝胶层。
然后，在高温高压下进行超临界干燥，气相中的溶剂从凝胶层中被移除，形成复合纳米气凝胶材料。
3.气凝胶处理：以四氯化硅或三甲氧基硅烷等硅烷类化合物为原料，在气相中进行水解反应，产生氢氧离子。
氢氧离子与复合纳米气凝胶中的SiO2和Al2O3等有机物反应，形成更为稳定的Si-O和Al-O键，从而增强复合纳米气凝胶的强度和耐热性。
Al2O3-SiO2复合纳米气凝胶材料的制备过程较为复杂，但其性能优异，应用领域广泛。
例如，可用于催化剂、保温材料、隔音材料、吸波材料等领域。
超临界干燥法制备mno2气凝胶及其表征
超临界干燥法制备mno2气凝胶及其表征MnO2气凝胶是一种形式多样、结构复杂的无机分子纳米气凝胶，因其表现出的特殊的物化性质和微观结构，拥有良好的隔热效果、吸音效果及催化活性等优点，在工业应用中具有非常重要的意义。
本文主要介绍利用超临界干燥法制备MnO2气凝胶及其表征。
一、超临界干燥法制备MnO2气凝胶1、原料准备MnO2溶液：盐酸MnO2（99.9%）分散溶液（50％）有机溶剂：正己烷二元共聚剂：聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水：微细化工用水2、稀释溶液制备盐酸MnO2（99.9%）分散溶液与正己烷（1:1）按比例混合，表征稀释溶液稀释度为2.0×10-3，进行搅拌充分混合，按比例称取小量各种原料加入内，并于室温搅拌充分混合.3、超临界干燥处理将稀释溶液pos液体气态CO2加热升温至超临界态（31.6℃），使正己烷完全蒸发，进行超临界脱溶剂旋转蒸发，直至溶液完全蒸发，形成MnO2气凝胶。
二、MnO2气凝胶表征1、X射线衍射（XRD）通过X射线衍射确定MnO2气凝胶纳米晶体结构，其结果表明，MnO2气凝胶具有一定的晶体结构。
2、透射电子显微镜（TEM）通过透射电子显微镜（TEM）确定MnO2气凝胶的微观结构，其结果显示，MnO2气凝胶形成了杂质小的非晶纳米晶体粒子，粒径直径分布大多在20-30nm之内。
3、热重分析（TG-DSC）采用热重分析确定MnO2气凝胶的物化性质，其结果表明，MnO2气凝胶的水分可以随温度的升高而被挥发，而其固体可以随着温度的升高而释放，最后可以得到比重稳定的MnO2气凝胶。
综上所述，本文介绍了用超临界干燥法制备MnO2气凝胶及其表征的方法，利用不同的物化性质检测手段，验证了其气凝胶形成的微观结构、晶体结构及物质性质，为MnO2气凝胶在电子、化学催化等领域的有效应用提供了重要依据。
纳米SiO2气凝胶改性木材的研究
（Ｆ 已用 于研 究木 材纤 维 的表 面 特征 和物 理 性 Ａ Ｍ） 质 ；激 光共 聚扫 描显 微镜 （Ｆ 技 术 己经成 熟 ， Ｌ Ｍ） 并 且 已用 于早 晚材 纤 维 断 面 和 细 胞 壁Ｓ 层 微 纤 ２ 丝 角 的研 究 。这 为 探 索 微 观 纳 米 材 料 提 供 了
米单 元体以分子水平分散在某种基体 中形成纳
米 复 合材 ，并 且分 散相 尺 寸有 一 维小 于 １０ｍ， ０ｎ 使 之 表 现 出许 多 独 特 的性 质 。利 用 无 机 纳 米 】 材 料 改性 木 材 实 际 上是 形 成 了木 基 无 机 纳 米 复 合 材 料 ，不 仅 具 有 纳米 材 料 的 四 大效 应 ，而且
“ 眼睛 ”和 “ 工具 ” Ｉ ４ ］ 。
的使 用寿命 。通常的改性方法有 ：木材塑合 、
木 材 浸 渍 、木 材 乙 酰化 、木 材 热 处 理 、木 材 压 缩 和 弯 曲 、木 材 漂 白和 染 色 等 。另 外 ，一 些 】 新 的木 材 改性 方 法也 具 有 十分 诱 人 的前 景 ， 比 如 ：木 材 的溶 液 化 、超 临界 流体 加 工 技 术 以及 纳 米 技 术 在 木 材 改性 中 的应 用 具 有 强 大 的生 命
但 因 木材 显 而 易见 的缺 点 ：如 硬 度 不 高 、易 霉 变 、易燃 、易磨 损 、尺 寸 稳 定 性 差 等 ，在 一 定 程度 上 限制 了其 应用 和使用 效 率 。尤 其速 生 材 ］ 因材 质 疏 松 、易开 裂 变 形 和不 耐 腐 朽 ， 用 范 围 应 受到 限制 【 ２ 】 。通过一 系 列改性 技术 ， 对木材 进行 物
能。将纳米科技 引进 到木材科学 中极大地扩宽
了木 材科 学 的研 究 领域 ，促 进 与 相关 学 科 的交 叉 、外 延 与综 合 ，使 木 材及 制 品适 赋予 新 的 功 能和 用途 ，具 有广 阔 的应 用前 景 。 纳米 材 料 处 理 木 材 的方 法 主 要 有 分 散 法 、 插层 复合 法 、溶胶一 凝 胶法 等ｒ ８。 ¨ 纳米 粒 子分 散 法 是 首先 合 成 出 各 种 形 态 的
sio2气凝胶
sio2气凝胶SIO2气凝胶引言：SIO2气凝胶是一种具有广泛应用前景的材料，其独特的性质和多样的制备方法使其在许多领域发挥重要作用。
本文将介绍SIO2气凝胶的制备方法、物理性质、应用领域以及未来的发展趋势。
一、制备方法1. 溶胶-凝胶法：将硅酸酯或硅酸盐与溶剂混合，形成溶胶，通过水解和凝胶化反应制备气凝胶。
2. 超临界干燥法：利用超临界流体的特性，将溶胶中的溶剂去除，使溶胶转化为凝胶。
3. 气相法：通过化学反应或物理方法将气态前体转化为凝胶，然后通过热解或热处理得到气凝胶。
二、物理性质1. 低密度：SIO2气凝胶具有极低的密度，通常在0.1-0.3 g/cm3之间，是目前已知最轻的固体材料。
2. 高比表面积：由于其多孔的结构，SIO2气凝胶具有巨大的比表面积，通常在500-1000 m2/g之间。
3. 优良的隔热性能：由于其低导热系数和多孔的结构，SIO2气凝胶具有优异的隔热性能，广泛应用于建筑和节能领域。
4. 超低折射率：SIO2气凝胶具有极低的折射率，能够减少光的反射和折射，提高光学器件的效率。
三、应用领域1. 热隔离材料：由于其优异的隔热性能，SIO2气凝胶被广泛应用于建筑、汽车、航空航天等领域，用于热隔离和节能。
2. 声学材料：SIO2气凝胶具有良好的声学吸音性能，可用于制备吸音材料，降低噪音污染。
3. 催化剂载体：由于其大的比表面积和孔隙结构，SIO2气凝胶作为催化剂的载体具有更高的催化活性和选择性。
4. 环境污染治理：SIO2气凝胶可以吸附和固定有机物和重金属离子，被广泛应用于水处理和空气净化领域。
5. 生物医学应用：SIO2气凝胶具有良好的生物相容性和药物缓释性能，可用于制备药物载体和组织工程支架等。
四、未来发展趋势1. 纳米复合气凝胶的制备：将纳米材料与气凝胶结合，制备具有多功能性能的复合材料。
2. 纳米孔调控：通过精确控制气凝胶的孔结构和孔径，实现对气凝胶性能的调控和优化。
3. 生物医学领域的应用拓展：开发更多具有生物活性的气凝胶，用于药物缓释、组织工程和生物传感等领域。
二氧化硅气凝胶及其复合材料制备与吸附应用研究共3篇
二氧化硅气凝胶及其复合材料制备与吸附应用研究共3篇二氧化硅气凝胶及其复合材料制备与吸附应用研究1二氧化硅气凝胶及其复合材料制备与吸附应用研究气凝胶一词源自于“aerogel”，是指以大量的气体分布在凝胶空隙中，形成一种具有极低密度、高孔隙率和高比表面积的固体材料。
其中，二氧化硅气凝胶以其良好的物理、化学特性和广泛的应用领域备受关注。
本文将介绍二氧化硅气凝胶的制备方法及其在各个领域中的应用。
二氧化硅气凝胶的制备方法主要有超临界干燥法、溶胶-凝胶法和湿化减胶法等。
超临界干燥法在高温高压的条件下通过液态二氧化硅的物理变化实现气凝胶的制备，具有工艺简单、制备时间短和制备成本低等特点；溶胶-凝胶法通过物理或化学反应形成透明的凝胶体，再进行干燥制备气凝胶。
其中，溶液浸渍法是一种简单有效的制备气凝胶的方法，它首先将硅源溶解成某一浓度的溶液，然后将材料浸泡在溶液中，最终经过煅烧得到气凝胶。
湿化减胶法以硅源和特殊的聚合物为原料，在液相中形成凝胶，再通过严格的热处理和气相转化得到气凝胶。
此外，常温干燥和冻干等方法也可制备气凝胶。
气凝胶具有很高的比表面积和孔隙的联通性，并且可以通过改变它的孔隙结构调控其吸附能力，因此气凝胶也广泛应用于吸附材料的制备。
例如，二氧化硅气凝胶可以在大气压下吸附一系列气体，如一氧化碳、二氧化碳、氮气和甲醛等。
在催化剂的制备中，二氧化硅气凝胶与其他物质复合制备的催化剂表现出了更优秀的催化活性和稳定性，如铂-二氧化硅气凝胶催化剂在醇类氧化反应中表现出了良好的催化性能。
在环境治理领域，二氧化硅气凝胶还可以作为污染物吸附剂，例如硅凝胶改性后可以有效吸附水中的重金属离子，净化水质。
除了作为纯净材料外，二氧化硅气凝胶也经常与其他材料复合制备，以实现更好的吸附性能。
例如，铁掺杂二氧化硅气凝胶在吸附五氯酚方面表现出更高的吸附性能；杂化气凝胶中加入不同种类的有机物可以增加其吸附性能。
综上所述，二氧化硅气凝胶具有很高的比表面积和孔隙的联通性，并且可以通过改变其孔隙结构调控其吸附能力。
SiO2气凝胶合成方法综述6
SiO2气凝胶合成方法综述豆兴康051002206摘要：本文对SiO2 气凝胶合成制备方法进行了综述，主要制备方法有：溶胶-凝胶、非超临界干燥、亚临界干燥、常压干燥、稻壳裂解等。
随后介绍了各种制备方法的优缺点及其在实际生活、工业生产中的应用前景。
关键字：SiO2气凝胶溶胶-凝胶非超临界干燥亚临界干燥常压干燥稻壳裂解1 引言二氧化硅气凝胶是一种轻质纳米非晶态多孔材料，具有连续无规则网络结构，且具有比表面积大、孔隙率高、密度低、折射率和热导率低等特点，在许多领域有着广泛的应用前景⑴。
目前，国内外制备SiO2气凝胶通常以硅酸酯或水玻璃为原料，采用溶胶- 凝胶法, 经超临界干燥制得。
虽然此制备方法可以有效防止干燥过程中材料的收缩，但是该干燥方法对设备要求高、耗能大、操作危险性高，导致气凝胶的生产成本明显提高，难以实现大规模工业生产。
近年来［2］，有关气凝胶的非超临界干燥法制备已经引起关注，常压干燥与超临界干燥相比，虽然因表面张力引起的干燥应力较大，易导致气凝胶干燥过程中破裂，但是常压干燥以其操作简便、安全性高引起了人们的广泛关注。
目前，常压干燥得到的SiO2气凝胶已表现出良好的性能。
例如，Gurav［3］常压干燥合成的SiO2气凝胶密度为0.092g/cm3,孔隙率97%,体积收缩约12%，性能接近超临界干燥法合成的性能指标。
此外，由于原料价格昂贵，超临界干燥操作复杂，且不易实现大规模生产，这些缺点在很大程度上限制了SiO2气凝胶的实际生产制备的发展及其应用，因此寻找低廉的原料、开辟简易的且新的SiO2气凝胶的合成途径是一项十分重要的研究领域［4］。
另外，常规制备的SiO2气凝胶由于表面有很多羟基基团而具有亲水性，影响了其良好的性能，限定了适用的工作环境。
经研究，除了溶剂表面张力的原因外，存在于SiO2气凝胶网络中的羟基之间的缩合作用也直接导致了网络的坍塌，而采用具有体积效应的溶剂作为干燥介质可以降低干燥压力，在亚临界条件下（243° C，2.3MPa）可以成功克服以上缺点，此方法在实际应用中也被广泛推广［5］。
二氧化硅基纳米纤维气凝胶的研究进展
二氧化硅基纳米纤维气凝胶的研究进展作者：卫智毅王慧余天培程辉马信李守柱来源：《现代纺织技术》2022年第06期摘要：传统二氧化硅气凝胶是一种具有超轻、低导热系数、高孔隙率和高比表面积的三维结构多孔材料，但由于其力学性能较差，严重阻碍了实际应用。
为解决此问题，将柔性二氧化硅纳米纤维引入气凝胶中作为骨架材料，在保留传统二氧化硅气凝胶优异性能的基础上，还可展现出良好的形状记忆功能和机械稳定性能。
本文追溯了二氧化硅基纳米纤维气凝胶的发展历程，介绍了其制备方法及相关机理，梳理了当前为突破其力学性能差的限制所做的努力和改进，以更好地应用于空气过滤、油水分离、催化剂载体、吸附、隔热保温以及压力传感等领域，期望推动二氧化硅基纳米纤维气凝胶的进一步发展。
关键词：二氧化硅；纳米纤维；气凝胶；制备；应用中图分类号： TB33文献标志码： A文章编号： 1009-265X（2022）06-0231-11Research progress of silica-based nanofiber aerogelsWEI Zhiyi， WANG Hui， YU Tianpei， CHENG Hui， MA Xin， LI Shouzhu（College of Energy and Chemical Engineering， Xinjiang Institute of Technology， Akesu 843100， China）Abstract： The traditional silica aerogels are three-dimensional porous materials with ultra-light， low thermal conductivity， high porosity and high specific surface area. Due to its poor mechanical properties， the practical application has been seriously restricted. To solve this problem， flexible silica nanofibers were introduced into aerogels as skeleton materials， which showed good shape memory function and mechanical stability on the basis of retaining the excellent performance of traditional silica aerogels. In this paper， the development of silica-based nanofiber aerogels was traced， the preparation method and related mechanism were introduced， and thecurrent efforts and improvements made to break through the limitation of poor mechanical properties were summarized， so as to better apply silica-based nanofiber aerogelsto the fields of air filtration，oil-water separation， catalyst carrier， adsorption， heat insulation and pressure sensing. It is expected to promote the further development of silica-based nanofiber aerogels.Key words： silica; nanofiber; aerogels; preparation; application納米科技作为一项新兴科学技术，诞生于20世纪80年代，该技术的发展引发了纳米材料、纳米化学、纳米加工等一系列新的技术产生［1］。
纳米二氧化硅气凝胶简介
二氧化硅气凝胶简介气凝胶（aerogels）通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。
气凝胶是一种固体，但是99%都是由气体构成，外观看起来像云一样。
气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量，有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。
最常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶。
SiO2气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80-99.8％，孔洞的典型尺寸为1-100 nm，比表面积为200-1000 m2/g，而密度可低达3 kg/m3，室温导热系数可低达0.012 W/（m•k）。
正是由于这些特点使气凝胶材料在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有很广阔的应用潜力。
一、气凝胶发展历史早在1931年，Steven.S.Kistler就开始研究气凝胶。
他最初采用的方法是用硅酸钠水溶液进行酸性浓缩，用超临界水再溶解二氧化硅，用乙醇交换孔隙中的水后，利用超临界流体干燥技术制成了最初的真正意义上的气凝胶。
这种材料的特点是透明、低密度、高孔隙率。
但受当时科研手段的限制，这种材料的研制并没有引起科学界的重视。
上世纪七十年代，在法国政府的支持下，Stanislaus Teichner在寻找一种用于存储氧和火箭燃料的多孔材料的过程中，找到一种新的合成方法，即把溶胶- 凝胶化学方法用于二氧化硅气凝胶的制备中。
这种方法推动了气凝胶科学的发展。
此后，气凝胶科学和技术得到了快速发展。
1983年Arlon Hunt 在Berkeley 实验室发现可用更安全、更廉价的二氧化硅气凝胶制作方法。
与此同时，微结构材料研究小组发现可用具有更低临界温度和临界压力的二氧化碳超临界流体取代乙醇作为超临界干燥的流体，使得超临界干燥技术得以向实用化阶段迈进。
八十年代后期，Larry Hrubesh 领导的研究者在Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) 制备了世界上最轻的二氧化硅气凝胶，密度是0.003 g/cm 3，仅有空气的3倍。
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４东北林业大学学报第３３卷Ｈｏ—ｉ．。
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凝胶的结构和性质在很大程度上决定了其后的干燥、致
密过程，并最终决定材料的性能。
溶胶一凝胶法所制备的凝
胶依据干燥的方法不同有不同的表述，由超临界干燥制得的
凝胶称为气凝胶，由直接干燥制备的凝胶称为干凝胶，而由冷
冻干燥法制备的凝胶则称为冻凝胶。
因此目前应用溶胶一凝
胶法制备的木材一无机质复合材料均属于木材一于凝胶无机
质复合材。
木材与气凝胶网络之间从化学理论上看，虽然不存在直
接的共价键的作用，但木材与ＳｉＯ，气凝胶两相之间能够形成
很强的氢键作用和缔合／平衡相互作用，使两相体系表现出与
存在共价键时相似的特性，使木材与ＳｉＯ，气凝胶两相达到
“分子水平”的复合。
因此，木材与ＳｉＯ，气凝胶可有如下反应
方程式。
木材的纤维素、半纤维素和木质素存在的活性官能团
均有可能参加反应，有待进一步分析研究。
根据这个反应方程
式，木材与ＳｉＯ，气凝胶的结合有两种结合方式，即氢键作用和
缔合／平衡相互作用两种方式共同存在，形成某种平衡。
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２．２木材／ＳｉＯ，气凝胶复合材及块凝胶的结构形态按照本文方法制得的气凝胶在自然光下为带有篮色的透明块状固体，这是由于其纳米结构导致了强烈的瑞利散射，有一定的强度，但受压易碎，如图ｌ。
而普通干燥条件下获得的干凝胶呈玻璃样碎块，密度和强度较大，但受压易碎。
根据扫描电镜可以观察到ＳｉＯ，气凝胶的微细网络结构，所制备的ＳｉＯ，气凝胶的扫描电镜照片如图２所示。
可以看出超临界干燥的ＳｉＯ，气凝胶在微观结构上有良好的网络结构。
图ｌｓｉｏ：气凝胶的宏观结构
图２扫描电镜下ｓｉ０２气凝胶的微观结构，（ａ，ｘ１０００：ｈ，×１００００）透射电镜可以清楚地反映出这种气凝胶网络结构的ＳｉＯ，粒子大小，图３是同种凝胶的透射电镜照片，通过统计分析，ＳｉＯ，气凝胶颗粒尺度１７～９６ｎｍ。
Ｆｒｉｃｋｅ描述了ＳｉＯ：气凝胶的结构ｍ１．本工艺制备的气凝胶结构完全符合典型的气凝胶结构。
图３透射电镜下ＳｉＯ，气凝胶的微观结构（×２０００００）将木材试件用滑走式切片机制取表面光洁的具有代表性的木材薄片，用前述工艺制备木材／气凝胶复合材，从宏观看试件外观并无变化，用扫描电镜从外表面开始向木材内部扫描拍照．得到木材／气凝胶复合材扫描电镜照片（见图４）。
将木材／气凝胶图片同素材图片进行比较分析，结果ＳｉＯ，气凝胶在木纤维分子横切面中有填充，并分布均匀，导管分子和木纤维分子从弦切面看，其细胞腔中没有ＳｉＯ，气凝胶被填充，基本保持了木材的多孑Ｌ性结构。
细胞壁与ＳｉＯ，气凝胶紧密结合，细胞壁上的纹孔被气凝胶均匀填充。
图４木材／气凝胶复合材扫描电镜照片（ａ．Ｘ１００：ｌ，。
×５００：横切面。
Ｃ．×５０００；ｄ。
×１００００；弦切面）
２．３气凝胶的卡Ｈ组成
图５为所制备ＳｉＯ：气凝胶的ＸＲＤ图谱。
（下转２
８页）
超临界干燥制备木材-SiO2气凝胶复合材料及其纳米结构
作者：邱坚， 李坚， Qiu Jian， Li Jian
作者单位：东北林业大学,哈尔滨,150040
刊名：
东北林业大学学报
英文刊名：JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY
年，卷(期)：2005,33(3)
被引用次数：13次
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引用本文格式：邱坚.李坚.Qiu Jian.Li Jian超临界干燥制备木材-SiO2气凝胶复合材料及其纳米结构[期刊论文] -东北林业大学学报 2005(3)。