二氧化硅气凝胶制备及应用
二氧化硅气凝胶的研究现状与应用(综述)
学 年 论 文题目： SiO 2气凝胶的研究现状与应用学 生： 房斯曼学 号： 200902010204院 （系）：材料科学与工程学院专 业： 材 料 化 学指导教师： 李 翠 艳2012年 6 月 1 日SiO2气凝胶的研究现状与应用材化092 班###指导老师：李##(陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021）摘要:本文从二氧化硅的研究历史和现状出发，从制备方法、干燥工艺、性能与应用领域等方面综述了二氧化硅气凝胶的研究进展，并对二氧化硅气凝胶的发展前景进行了展望。
关键词:二氧化硅气凝胶，制备，干燥，应用Current Research and Applications of SilicaAbstract: The article reviewed the latest development and the history of the research of silica aerogel, summarized the progress of the silica aerogel research in the aspects of preparation methods, drying technologies, properties and current application. And the article also looks forward to the development prospect of silica aerogel.Keywords: silica aerogel, preparation, drying, application0 前言二氧化硅气凝胶是在保持胶体骨架结构完整的情况下，将胶体内溶剂干燥后的产物,它问世于1931年，美国科学家首先由斯坦福大学的S．S．Kistler制得了二氧化硅气凝胶。
1966年J．B．Peri利用硅酯经一步溶胶—凝胶法制备出氧化硅气凝胶，从而使材料的密度更低，进一步推动了气凝胶研究的进展。
二氧化硅气凝胶的制备 nature
二氧化硅气凝胶的制备 nature
二氧化硅气凝胶是一种具有广泛应用前景的新型材料，它具有低密度、高比表面积和优异的吸附性能。
在自然界中，二氧化硅气凝胶的形成主要是通过溶胶-凝胶法实现的。
制备二氧化硅气凝胶的关键是选择合适的硅源和溶剂。
常用的硅源有硅酸盐和硅酸醇，它们可以与碱性溶液中的水解产生硅酸胶。
而溶剂的选择则取决于溶胶-凝胶过程的需要，常用的有水、醇类和醚类溶剂。
制备二氧化硅气凝胶的过程可以分为溶胶制备、凝胶形成和干燥三个步骤。
在溶胶制备阶段，将硅源加入溶剂中，并通过搅拌或超声处理使其均匀分散。
随后，通过调节溶液的pH值和温度，使硅酸胶逐渐形成。
在凝胶形成阶段，硅酸胶会发生聚合反应，形成三维网络结构。
最后，在干燥阶段，将凝胶样品进行烘干或超临界流体干燥，使其失去溶剂并形成气凝胶。
值得注意的是，制备二氧化硅气凝胶的条件需要仔细控制。
例如，在溶胶制备过程中，溶液的pH值和温度会影响硅酸胶的形成速率和结构特征。
此外，凝胶形成阶段的反应时间和温度也会对气凝胶的孔径大小和分布产生影响。
因此，制备过程中需要进行多次实验，优化条件，以获得理想的二氧化硅气凝胶。
总的来说，二氧化硅气凝胶的制备是一个复杂而精细的过程。
通过
选择合适的硅源和溶剂，并控制制备条件，可以获得具有优异性能的二氧化硅气凝胶。
这种材料在吸附、催化、隔热等领域具有广泛的应用前景，对于解决环境和能源问题具有重要意义。
二氧化硅气凝胶耐热温度
二氧化硅气凝胶耐热温度1. 介绍二氧化硅气凝胶是一种非常轻盈、多孔且具有高比表面积的材料。
由于其独特的性质，它在许多领域都得到了广泛的应用，如热隔离、噪音控制、催化剂载体等。
其中，耐热温度是一个重要的性能指标，决定了二氧化硅气凝胶在高温环境下的稳定性和应用范围。
2. 二氧化硅气凝胶的制备二氧化硅气凝胶的制备通常使用溶胶-凝胶法。
该方法包括溶胶的制备、凝胶的形成和干燥三个步骤。
首先，制备溶胶。
溶胶是由硅源（如硅酸钠、硅酸乙酯等）和溶剂混合而成的胶体溶液。
在溶胶的制备过程中，可以通过调整硅源和溶剂的比例，以及添加适当的表面活性剂来控制溶胶的粒径和分散性。
其次，形成凝胶。
通过加入适量的酸或碱，可以引发溶胶中硅源的缩聚反应，形成凝胶。
凝胶的形成过程涉及到聚合、交联和凝胶化等多个步骤。
在这个过程中，可以通过调整酸碱的浓度和温度来控制凝胶的结构和孔隙性质。
最后，干燥凝胶。
凝胶在干燥过程中会失去溶剂，并形成固体的二氧化硅气凝胶。
干燥的方法通常包括自然干燥、常压干燥、超临界干燥等。
其中，超临界干燥是一种常用的方法，可以在保持凝胶结构的同时，快速去除溶剂。
3. 二氧化硅气凝胶的耐热性能二氧化硅气凝胶具有优异的耐热性能，主要得益于其特殊的结构和化学性质。
首先，二氧化硅气凝胶的多孔结构使其具有较低的热传导性能。
二氧化硅气凝胶的孔隙结构可以阻碍热传导的路径，减少热量的传递。
因此，在高温环境下，二氧化硅气凝胶可以有效地隔离热量，减少热损失。
其次，二氧化硅气凝胶的化学性质使其能够耐受高温。
二氧化硅气凝胶的主要成分是二氧化硅，其化学稳定性较高。
在高温环境下，二氧化硅不易发生化学反应，保持了凝胶的稳定性。
此外，二氧化硅还具有较高的熔点和热稳定性，能够在一定温度范围内保持其结构完整性。
4. 二氧化硅气凝胶的耐热温度测试为了评估二氧化硅气凝胶的耐热温度，常用的测试方法是热失重分析。
该方法通过加热样品，在一定的温度范围内测量样品的质量变化，从而确定样品的热分解温度。
纳米二氧化硅气凝胶新型制备技术及其在建材领域的应用
种结 构 可控 的纳米 多 孔轻质 材料 ，
它 具有纳米 结构 （ 孔洞 １ １０ ｍ， ～ ０ ｒ 骨 ｉ
圜
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团口圈圈
架 颗 粒 为 １～２ ｎ 、 面 积 大 （ ０ ｍ） 表 最 高 可 达 ８ ０～ １ ０ ｍ ） 孔 ｝ 高 ０ ０ ０ ／ｇ 、 同率 （ 高 达 ８ ％～９ ．％） 特 点 。 米 可 ０ ９８ 等 纳 Ｓｉ Ｏ 气凝 胶 独 特 的 结 构特 性 使 得 气
建 筑 耗 能在 人 类 整个 能 源 消耗 中 占 ３ ％ ～４ ％， 以建 筑节 能意义重 大 ， ０ ０ 所 建 筑 物使 用 保 温 隔 热材 料 是 节 约 能
工程所使用 的有机保 温材料本身 的材
公 通 字［０ ９４ 号 ２ ０ ］６ 民用 建 筑 外 保 温
料 性 能 不 能 满足 现 有 产 品标 准 的 阻 燃性 指标要 求 ， 尤其 是挤 塑 聚苯 乙烯 （ Ｓ） 温板 。 以 ，０ ７ 开 始 ， ＸＰ 保 所 ２０年 随 着有机材料 如膨胀型聚苯 乙烯 （ Ｓ ＥＰ ）
分重要 的意义 。
一
纳米＝氧化硅气凝胶的特性
纳米二氧化硅（ ｏ） ｓｉ 气凝 胶 是
目前 ， 建筑 外墙 外保 温 用保温 材 料仍 以有 机保 温材 料为 主 ， 防火 性 其 能较差 ， 存在很 大的安全 隐患 。 外保温
料 已成 为 引 发建 筑 火 灾 的一 个 重 要 诱 因 ， 此 ， 家公安 部 、 为 国 住房 和城 乡 建设部 于 ２ ０ 年 ９ ２ 联合 出台 了 ０ ９ 月 ５Ｅ ｔ
郭建平
教授 、 博士生导师 ， 固废资源化利用
二氧化硅气凝胶隔热材料
二氧化硅气凝胶隔热材料二氧化硅气凝胶隔热材料是一种具有优异隔热性能的材料，被广泛应用于建筑、航空航天、电子等领域。
本文将介绍二氧化硅气凝胶隔热材料的原理、特点、应用以及未来发展趋势。
一、原理二氧化硅气凝胶是一种由二氧化硅微粒组成的多孔材料，其孔隙结构可以降低热传导并阻止气体对流。
这是因为二氧化硅气凝胶的孔隙尺寸远小于空气分子的自由程，使得热传导主要通过固体相进行，从而实现了优异的隔热效果。
二、特点1. 低导热性：二氧化硅气凝胶具有极低的导热系数，通常在0.01-0.03 W/(m·K)之间，是传统隔热材料如岩棉、泡沫塑料的几十分之一。
2. 高孔隙率：二氧化硅气凝胶具有高达90%以上的孔隙率，孔隙结构细小均匀，孔径分布范围广，从纳米到亚微米级别，这使得其具有较大的内表面积和多孔结构优势。
3. 轻质化：由于其多孔结构，二氧化硅气凝胶的密度较低，通常在0.1-0.3 g/cm³之间，是传统隔热材料的几分之一，能够有效减轻建筑物自重负荷。
4. 耐火性：二氧化硅气凝胶具有优良的耐火性能，可以耐受高温达1200℃以上，不燃不熔，有效保护建筑物在火灾中的安全。
三、应用1. 建筑领域：二氧化硅气凝胶广泛应用于建筑保温隔热领域，可用于外墙保温、屋顶保温、地面保温等。
其优异的隔热性能可以有效提高建筑物的能效，减少能源消耗。
2. 航空航天领域：由于二氧化硅气凝胶具有轻质化和耐火性的特点，被广泛应用于航空航天领域，如火箭隔热材料、航天器热保护层等，保证了航天器在极端环境下的安全。
3. 电子领域：二氧化硅气凝胶的绝缘性能优异，可以应用于电子产品的隔热保护，如手机、电脑等电子设备中的隔热材料，确保电子元器件的稳定运行。
四、未来发展趋势1. 提高导热性能：目前，二氧化硅气凝胶的导热系数已经相对较低，但仍有进一步提高的空间。
未来的研究重点将放在提高材料的导热性能，以满足更高要求的隔热应用。
2. 开发新型材料：除了二氧化硅气凝胶，还有其他气凝胶材料，如氧化锆气凝胶、氧化铝气凝胶等，未来可以进一步研发和应用这些材料，以满足不同领域的需求。
二氧化硅气凝胶的研究现状与应用解读
二氧化硅气凝胶的研究现状与应用解读首先，二氧化硅气凝胶的制备方法可以分为溶胶-凝胶法、超临界干燥法和模板法等。
溶胶-凝胶法是最常用的方法，通过水合胶体的成核、生长和凝胶化步骤制备气凝胶。
超临界干燥法是通过将溶胶凝胶体在超临界条件下进行干燥，得到具有高孔隙率和低表面积的气凝胶。
模板法是在胶体溶液中加入模板分子，通过模板的自组装和胶凝体的沉积制备气凝胶。
二氧化硅气凝胶的应用领域十分广泛。
首先，在能源领域，二氧化硅气凝胶具有优异的隔热性能和孔结构，可用于制备超级电容器和锂离子电池的电解质和隔热层。
其次，在环境污染治理方面，二氧化硅气凝胶具有高吸附性能和可控的孔结构，可用于吸附和分离有机染料、重金属离子和有害气体等。
此外，二氧化硅气凝胶还可用于催化剂的载体、气相催化反应的催化剂和光催化材料的制备。
在生物医学领域，二氧化硅气凝胶因其生物相容性和孔隙结构可用于药物缓释、组织工程、抗菌和生物传感器等。
最后，在传感器领域，二氧化硅气凝胶作为传感器的敏感材料具有高灵敏度、选择性和稳定性，可用于检测环境污染物、生物标志物和爆炸物等。
目前，二氧化硅气凝胶的研究重点主要集中在以下几个方面。
首先，通过调控溶胶-凝胶法、超临界干燥法和模板法等制备方法，改善气凝胶的孔结构和特性。
其次，通过表面修饰、包覆和掺杂等方法，提高气凝胶的吸附性能、光催化性能和生物相容性。
此外，研究者还致力于开发新型的气凝胶材料，如有机-无机复合材料和纳米复合气凝胶材料等。
最后，将二氧化硅气凝胶与其他材料结合使用，如聚合物、金属和碳材料等，以进一步拓展其应用领域和提高性能。
综上所述，二氧化硅气凝胶具有广泛的应用前景，并且在能源储存、环境污染治理、生物医学和传感器等领域已取得了一系列研究进展。
随着制备方法的改进和表面修饰的优化，二氧化硅气凝胶有望在更多领域发挥重要作用。
二氧化硅气凝胶的制备 nature
二氧化硅气凝胶的制备 nature二氧化硅气凝胶是一种具有广泛应用前景的材料，其制备方法一直备受关注。
本文将介绍一种以人类视角来描述的制备过程，以增加读者的阅读体验。
我们需要准备一定量的二氧化硅原料。
二氧化硅可通过硅源和氧源反应生成，常用的硅源有硅酸钠或硅酸铵，而氧源则可以是氢氧化钠或氢氧化铵。
将适量的硅源和氧源混合，然后加入适量的溶剂，如乙醇或水。
溶剂的选择取决于具体的应用需求。
接下来，将混合物搅拌均匀，并加热至适当的温度。
加热的目的是促进反应的进行，使硅源和氧源能够充分反应。
温度的选择应根据具体的反应条件来确定，一般在100-200摄氏度之间。
在反应过程中，可以根据需要添加一些辅助剂来调控气凝胶的性质。
例如，可以添加一些表面活性剂来控制气凝胶的孔隙结构和比表面积。
此外，还可以添加一些稳定剂来提高气凝胶的热稳定性和机械强度。
反应完成后，将得到的混合物进行过滤和洗涤，以去除残留的溶剂和杂质。
过滤可以使用常见的过滤设备，如滤纸或膜过滤器。
洗涤则可以使用适当的溶剂进行，以确保产物的纯度。
将洗涤后的混合物进行干燥，得到二氧化硅气凝胶。
干燥的方式可以是自然风干或采用干燥箱等设备进行。
干燥的时间和温度需要根据具体的实验条件来确定，以保证气凝胶的质量。
通过以上的制备步骤，我们可以得到优质的二氧化硅气凝胶。
这种气凝胶具有很高的比表面积和孔隙结构，因此在吸附、催化、隔热等领域有着广泛的应用前景。
同时，这种制备方法也具有简单、可控性强等优点，因此在工业化生产中具有潜在的价值。
二氧化硅气凝胶的制备是一个复杂而有趣的过程。
通过合理的实验设计和操作步骤，我们可以获得高质量的气凝胶，为材料科学和应用领域提供新的可能。
希望本文能够对读者了解二氧化硅气凝胶的制备方法有所帮助，并引发更多有关该领域的探讨和研究。
二氧化硅气凝胶在建筑领域中的应用
二氧化硅气凝胶在建筑领域中的应用下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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二氧化硅气凝胶
一般常见的气凝胶为硅气凝胶，其最早由美国科学工 作者KISTLER在1931年制得。 如下左图是SIO2气凝胶的结构图；右图是气凝胶 的成品图
气凝胶的性质
SIO2气凝胶具有独特的介孔结构和性能，应用领域广 泛。。
1.隔热性 SiO2气凝胶材料具有极低的导热系数，可达到
低于静态空气的热导系数 2.隔音性由于硅气凝胶的低声速特性，它还是一种理想 的声学延迟或高温隔音材料。 3.非线性光学性质硅气凝胶的纳米网络内形成量子点 结构有发光效应 4. 过滤与催化性质材料孔洞大小分布均匀，气孔率 高，是一种高效气体过滤材料 5. 折射率可调性硅气凝胶的折射率接近l，而且对红 外和可见光的湮灭系数之比达100以上，能有效地透过 太阳光中的可见光部分，并阻隔其中的红外光部分
目录
什么是气凝胶--二氧化硅气凝胶； 各种制备方法的优缺点； “常压干燥法”的原理、工艺及原料；
“常压干燥法”的优缺点；
二氧化硅气凝胶的应用情况
1 气凝胶
气凝胶，英文aerogel，又称为干凝胶。当凝胶脱 去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得 多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体， 外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。如 明胶、阿拉伯胶、硅胶、毛发、指甲等。气凝胶也 具凝胶的性质，即具膨胀作用、触变作用、离浆作 用。 气凝胶是一种固体物质形态，气凝胶的种类很多， 有硅系，碳系，硫系，金属氧化物系，金属系等等。 任何物质的gel只要可以经干燥后除去内部溶剂后， 又可基本保持其形状不变，且产物高孔隙率、低密 度，超临界干燥工艺 2.2 常压干燥工艺 2.3 压力介于常压和超临界 压力之间的干燥 2.4 冷冻干燥法（freeze drying）
3 常压干燥工艺
基本原理：是首先用一种或多种低表面张力的溶剂替 换湿凝胶中的孔隙溶液并通过改性使凝胶表面疏水 化，防止在干燥过程中发生过度收缩变形和结构破 坏。 原料：无水乙醇EtOH、去离子水、盐酸、氨水、正硅 酸乙酯TEOS、辛基三乙氧基硅烷、三甲基一氯硅烷、 六甲基二硅氧烷、正己烷。 分类2. 3. 1 网络增强法 2. 3. 2 多步溶剂交换-表面改性法 2. 3. 3 一步溶剂交换-表面改性法 2. 3. 4 共前驱体改性法 2. 3. 5 二次表面改性法
2 SIO2气凝胶制备方法
1）溶胶凝胶法 2）有机金属化合物的热裂解法 3）溶剂沉淀法 4）化学气相沉积法
溶胶－凝胶法就是用含高 化学活性组分的化合物作 前驱体，在液相下将这些 原料均匀混合，并进行水 解、缩合化学反应，在溶 液中形成稳定的透明溶胶 体系，溶胶经陈化胶粒间 缓慢聚合，形成三维空间 网络结构的凝胶，凝胶网 络间充满了失去流动性的 溶剂，形成凝胶。凝胶经 过干燥、烧结固化制备出 分子乃至纳米亚结构的材 料。
常压工艺流程
常压工艺流程
常压工艺的优缺点
二氧化硅气凝胶的应用
二氧化硅气凝胶具有超低的密度(0．003～0．29／cm3)、 超高的气孔率(80％～99．8％)和超细的结构(微观网络 骨架与孔隙一般都进入纳米范畴，比表面积可达800m2 ／g以上)，由此带来一系列热、光、电、声、吸附方面 的优异性能，在保温隔热、光导、介电、声阻隔音、吸 附、催化等领域有着广阔的应用前景。目前已经广泛应 用于航天、石油化工、冶炼、市政供暖等领域。 4.1 热学特性与应用
4.2声学特性与应用 4.3 在催化剂及催化载体方面的应用 4.4 在其他方面的应用