硅气凝胶研究进展
硅气凝胶是一种分散介质为气体的凝胶材料, 是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的一种具 有网络结构的纳米多孔性固套材料, 其固体相和孔 隙结构均为纳米量级。因为其独特的结构和性质使 其在很多领域表现出很好的应用价值。
硅气凝胶问世于 1931年 [ 1] , 首先由斯坦福大 学的 S. S. K istler制得了二 氧化硅气 凝胶。 1966 年 J. B. Per.i [ 2] 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。
第 30卷第 1期 2 0 0 7年 3月
长春理工大学学报
Jou rnal of Changchun U n iversity of Science and T echnology
Vo l130 No11 Ma r. 2 0 0 7
硅气凝胶的研究进展
高秀霞1, 张伟娜 1, 任敏 2, 朱果逸 2
( 11 长春理工大学 化学与环境工程学 院, 长春 130022 21 中国科学院长春应用化学研 究所 电分析化学国家重点实验室, 长春 130022)
117 气凝胶在催化中的应用
硅气凝胶可作为催化剂载体, 并且自身具有优 良的催化性能。例如 SiO2 气凝胶载以 F e2 O3 后所 形成的催化剂, 在合成烷烃反应中的催化活性是普 通 F e2 O3 催化剂活性的 2~ 3倍 [ 32] ; N ovak[ 33] 制得 的 WO 3 - A l2 O3 - S iO 2 气凝胶在用 H 2O 2 氧化 PM IDA 的过程中催化活性更高, 对甘氨酸的选择性更 好, 且对环境无污染, 易回收。硅气凝胶还是性能 良好的吸附剂, 例如 S iO 2 气凝胶被用作室温气体 捕获剂, 吸附燃气中 CO 2、 SO2 气体, 处理废水、 废气、放射 性废 物, 吸 附核 燃料 等; 另外, S iO2 气凝胶对氘、氚有很好的吸附性, 这对惯性约束聚 变实验研制高增益靶提供了一个新途径, 这对于利 用受控核聚变反应来获得廉价、清洁的能源具有重 要意义。
Abstract: Presently, silica aeroge ls are the lightest so lid m ateria lw hich have the best property in therm a l insu lation and have the h igher porosity, the low er sound ve loc ities in the w orld. The silica aeroge ls have m any un ique properties ow ing to the ir special structure. T h is paper began from the h istory and the study now adays of silica aerogels, then the ir propert ies, the ir application in different aspects and their prepared princip le were summ arized and the ir prospect o f deve lopm ent had been proposed. K ey w ord s: silica aeroge ls; so l- ge l m ethod; supercrit ica l drying technology
S iO 2 气凝胶也可 用作太阳能集 热器中的透明 隔热材料和太阳能房子的节能材料。而且它还可用 作冰箱等低温系统的隔热材料, 从而避免了传统用 氟利昂作为隔热材料的冰箱工作时释放出大量的氟 利昂气体而破坏大气臭氧层的危险。
同时由于它是世界上最 轻的材料 ( 超临界条 件下制得密度低至 3kg# m- 3, 因此而创世界吉尼 斯纪录; 本实验室在常压条件下制得的硅气凝胶平 均密度为 13413kg# m- 3 ) 而成为航天航空器上理 想的隔热层。英国 / 美洲豹 0 战斗 机的机舱隔热 层采用的是该材料 [ 13] 。美国 NA SA 在 / 火星流浪 者 0 的设计中, 也用过硅 质气凝胶材料作为保温 层, 用来抵挡火星夜晚 - 100e 以下的超低温 [ 14] 。
112 在光学方面的应用
透明的 S iO 2 气凝胶对蓝光和紫光有较强的瑞
利散射, 样品通常呈淡蓝色, 而气凝胶的折射率 n 与密度 Q之间关系为: n- 1U 211 @ 10- 4 Q ( kg# m - 3 ) 非常小, 且孔隙率可高达 9918% , 因此 S iO2
气凝胶具有良好的透光度, 可用于制造特殊环境使 用的透镜 [ 16] 。还可制备结构简单, 造价低的 Cerenkov探测器, 从而确定高能粒子的电荷、质量和 能量。且早在 1974年粒子物理学家 C antin 等 [ 3] 已 将氧化硅气凝胶 应用于两个 Cerenkov 探测器。目 前 Chw astow sk i等 [ 17 ] 首次用 SP - 30压敏二极管硅 气凝胶 C erenkov 探测器测得 HERA 的发光度和光 子的能量。 Be llunato等 [ 18 ] 用硅气凝胶作为 Cerenkov探测器鉴别和分离 6~ 10 GeV / c范围内的粒子。 P lata等 [ 19 ] 发明了一种能对氧气浓度的改变做出迅 速反应的气凝胶光学传感器。
1974年粒子物 理学家 Cantin 等 [ 3] 首次报道了 将 1700升和 1000升 的氧化硅 气凝胶应 用于两个 Cerenkov探测器。此后, 硅气凝胶作为隔热材料又 成功地应用于双面窗 [ 4] 。 1985 年 T ew ari[ 5] 使用二
氧化碳为超临界干燥介质, 成功地进行了湿凝胶的 干燥, 推动了硅气凝胶的商业化进程。
zhuguoy@i ciac1 jl1 cn
第 1期
高秀霞, 等: 硅气凝胶的研究进展
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1 硅气凝胶的性质及应用
特殊的网络结构使硅气凝胶在热学、光学、电 学、力学、声学等方面都表现出独特的性质, 具有 广阔的应用前景。
111 透明保温隔热材料
硅气凝胶的温度使用范围为 - 190e ~ 1050e ( 本实验室在常压下制得的二氧化硅气凝胶温度达 1100e 左右才发生 相变 )。常 压下气态 热导率 Kg 很小可达 01012 W # m- 1 # K- 1, 在真空条件下可 低达 01001W # m - 1 # K- 1, 是目前隔热性能最好的 固态材料。因此被广泛应用于各种特殊的窗口隔热 体系。 F ricke等 [ 7, 8] 发现硅气凝胶制备的双层隔热 窗热导率低于 01002 W # m- 1 # K- 1, 用该材料制 得的特种玻璃, 其保温性能是同样厚度普通泡沫塑 料的 4倍 [ 9, 10] 。它还是一种节能墙材, 可提高节能 效率 [ 11] 。丹 麦的 Jensen[ 12] 等人 在玻 璃 中间 充入 15mm 的硅气凝胶使中心的热损失系数小于 017 W # m2 # K - 1, 透光率达 76% 。预计硅气凝胶窗具有 广阔的市场前景。
114 声阻抗耦合材料
S iO2 气凝胶的纵向声传播速率 为 100m / s[ 23] , 是固体材料中最低的, 且其声阻抗 Z = QC ( 103 ~ 107 kg# m - 2 # s- 1 ) 随密度可变范围很大, 因此是 一种理想的声阻抗耦合材料。可用于装修房子的地
板材 料 和 运输、超 声等 机 械 装置 上 的 声阻 抗 材 料 [ 24] 。它还是一种声学延迟和高温隔音材 料, 因 此透明的气凝胶可被用于太阳能隔音保温窗 [ 25] 。
115 捕捉太空尘埃
自 1987年 Jet P ropu lsion[ 26] 实验室发现了一种 收集彗星尘埃的新技术以来, 对彗星尘埃的收集吸 引了众多科学家的兴趣。这些彗星离子速度极高, 一般的材料很难捕捉得到。而硅气凝胶质量较轻, 透明度较好, 可升入太空准确确定这些高速粒子的 位置, 且其表面积大、热导率低对磁和紫外辐射的 抵抗能力强, 不受其它粒子的腐蚀, 在太空中是不 可替代的首选材 料。目前在 / 开创 火星 0 任务中 使用的就是硅气凝胶, 而且收集气凝胶颗粒可用于 保护太空镜 [ 27] 。
113 在电学方面的应用
硅气凝胶介 电常数在 固体材 料中极 低 EU 1. 1, 且在 1~ 2范围内连续可调, 因此在超大规模集 成电路 ( ULSI) 中器件集成度 提高的今天, 它可 望用于大规模集成电路的衬底材料。黄娆 [ 22] 等研 究了目前正在开 发的几种低介电 材料, 其中 S iO 2 气凝胶很适合 ULSI发展的需求。
在 S iO2 气凝胶中 掺入其他 金属制成 保温膜。 倪星元 [ 15] 等选择聚酰亚胺作为骨架材料, 并镀制 上金属铝膜与多孔 SiO2 气凝胶复合成保温隔热薄 膜。当薄膜叠加到 10层时其保温隔热效果可提高 5 倍 。同 济大学 发明 了气 凝 胶复 合 柔 性保 温 隔 热薄 膜拓宽了其应用范围。
摘 要: 目前硅气凝胶是世界上最轻、隔热性最好、孔隙率较高且声传播速率较低的固体材料 , 由于其 特殊的网
络结构使其具有很多独 特的性能。本文从其研究历史及 现状出 发, 对其性 能以及 在不同 方面的应 用和制 备原理
纤维复合SiO2气凝胶的研究进展
第38卷第7期硅酸盐通报Vol.38No.7 2019年7月BULLETIN OF THE CHEESE CERAMIC SOCIETY July,2019纤维复合SiO2气凝胶的研究进展贾伟韬,张光磊,李彦芳，赵朋媛(石家庄铁道大学材料科学与工程学院,石家庄050043)摘要:SCO气凝胶因其纳米尺度的多孔结构，具有低密度、低热导率的特性，因此广泛应用于保温绝热领域％然而，SCO气凝胶脆性大、易碎的缺点限制了其在实际中的应用范围。
纤维增强法制备的SCO气凝胶，不仅极大改善了这一缺点，且制备工艺简单、力学性能优异,是目前最常见的一类复合气凝胶。
介绍了纤维复合SCO气凝胶的制备工艺,综述了几种纤维复合SiO2气凝胶力学性能增强方法的研究进展。
关键词:SCO气凝胶；纤维；复合材料；力学性能中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号：10010625(2019)07011807 Research Progress of the FiCer Composite SiO2AerogelJIA Wei-tao,ZHANG Guang-lei,LI Yan-fang,ZHAO Peng-yuan(Co i e geoeMaeeeoaisScoenceand Engoneeeong，ShoaoaehuangToedaoUnoeeesoey，Sh oaoa ehuang050043，Chona)Abstract:SiO2aerogels are featured with Ww density and Ww thermal conductivity due to its nanometer-scale porous seeuceue,whoch haeMbMMn MxensoeMiyusMd on ehMeoid oeehMemaionsuiaeoon.HowMeMe,ehMsomuieanMousdMecessuch as br/t h nes s and f/g/enes s aWo signiCcantly limited theiz practical app/ca/ons.The SiO2aerogel popared by OPer eeoneoeced meehod geeaeeyompeoeesehosshoeecomongwoeh sompeepeepaeaeoon peoce s and exce e nemechanocaepeopeeeoes, whoch osehemosecommon eypesoecomposoeeaeQogeesaep esene.Wep eseneed ehep epaQaeoon p ocessoeeobeQcomposoeed SiO2aerogels and reviewed the research progress about methods to enhance mechanical properties of OPer composite SiO2 aerogels.Key words:SiO2aerogel；Ober；composite；mechanical property1引言SOO气凝胶，是一种具有纳米多孔结构的新型材料,最早由美国人KctWr[1]在1931年制备成功，因其轻如薄雾透明泛蓝，又被称为“蓝烟”、“固态烟”。
SiO2气凝胶骨架增强改性研究进展
·综述·SiO2气凝胶骨架增强改性研究进展李承东1，2陈照峰3姚伯龙1，2程琳1，2樊世璞1，2（1江南大学化学与材料工程学院合成与生物胶体教育部重点实验室，无锡214122）（2江南大学化学与材料工程学院“光响应功能分子材料”国家级国际联合研究中心，无锡214122）（3南京航空航天大学材料科学与技术学院绝热与节能材料国际实验室，南京211106）文摘分析SiO2气凝胶骨架增强改性的特点，阐述了共前驱体、化学添加剂、老化、表面改性和热处理工艺在SiO2气凝胶骨架增强方面的国内外研究动态和未来发展趋势，以期为设计并优化SiO2气凝胶的微结构及性能提供理论依据和方法。
关键词气凝胶，骨架增强，共前驱体，化学添加剂，老化，表面改性，热处理中图分类号：TB332DOI：10.12044/j.issn.1007-2330.2019.05.001Research Progress of Reinforced Skeleton of Silica AerogelLI Chengdong1，2CHEN Zhaofeng3YAO Bolong1，2CHENG Lin1，2FAN Shipu1，2（1Key Laboratory of Synthetic and Biological Colloids，Ministry of Education，School of Chemical and Material Engineering，Jiangnan University，Wuxi214122）（2International Joint Research Center for Photoresponsive Molecules and Materials，School of Chemical and Material Engineering，Jiangnan University，Wuxi214122）（3International Laboratory for Insulation and Energy Efficiency Materials，College of Materials Science and Technology，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing211106）Abstract The characteristics of silica aerogel skeleton reinforced modifications are described in detail.Research progress and future development trend of reinforced skeleton of silica aerogel by co-precursor，chemical additive，aging，surface modification and heat treatment technique are described.The aim of this paper is to provide theoretical bases and methods for designing and optimizing the microstructure and properties of silica aerogel.Key words Aerogel，Skeleton reinforcement，Co-precursor，Chemical additive method，Aging，Surface modification，Heat treatment0引言SiO2气凝胶是以气体为分散介质，由胶体粒子或纳米颗粒相互聚集而形成的一种纳米多孔固体材料［1］，因具有超轻、超低热导率、高透光及高比表面积等优异特性在隔热保温、声屏蔽、吸附、气体净化和催化等领域具有广阔的应用前景［2-3］。
氧化硅气凝胶隔热复合材料研究进展
第27卷 第2期Vol 127 No 12材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science &Engineering 总第118期Ap r.2009文章编号:167322812(2009)022*******氧化硅气凝胶隔热复合材料研究进展高庆福,张长瑞,冯 坚,冯军宗,姜勇刚,武 纬(国防科技大学航天与材料工程学院新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室,湖南长沙 410073) 【摘 要】 氧化硅气凝胶由于纤细的纳米结构,具有极低的热导率,是一种新型轻质保温隔热的理想材料。
但其力学性能和高温遮挡红外辐射能力差限制了气凝胶在该领域的应用。
通过添加增强体和遮光剂研制气凝胶隔热复合材料是主要的解决方法。
本文综述了近年来气凝胶隔热复合材料的制备方法,重点分析了气凝胶复合材料在力学性能和隔热性能方面的研究进展,并指出了存在的问题,对今后的研究提出了展望。
【关键词】 气凝胶;隔热;力学性能;遮光剂中图分类号:TQ263 文献标识码:AProgress of Silica Aerogel Insulation CompositesG AO Q ing 2f u ,ZHANG Chang 2rui ,FENG Jian ,FENG Jun 2zong ,JIANG Yong 2gang ,WU Wei(State K ey Laboratory of Advanced C eramic Fibers &Composites ,College of Aerospace &MaterialsE ngineering ,N ational U niversity of Defense T echnology ,Ch angsha 410073,China)【Abstract 】 Due to nano 2porous structure ,silica aerogel has the lowest thermal conductivity ,and is an ideal material fornovel thermal insulation.However ,its application as a thermal insulation has been restricted due to its weak mechanical strength and high inf rared transparency.One of the best methods is to prepare aerogel composites by doping with reinforcements and opacifiers.This paper summarizes the preparation technology of aerogel composites.Particularly ,the research progresses on mechanical and thermal properties of aerogel composites are analyzed.The existing problems and the f urther prospects in this field are also discussed.【K ey w ords 】 aerogel ;insulation ;mechanical property ;opacifier收稿日期:2007207209;修订日期:2008209202基金项目:国防科技重点实验室基金资助项目作者简介:高庆福(1981-),男,博士研究生,研究方向:纳米隔热材料。
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。
有机硅气凝胶的常压制备与增强研究
有机硅气凝胶的常压制备与增强研究有机硅气凝胶的常压制备与增强研究摘要：有机硅气凝胶作为一种具有广泛应用前景的新型材料，在能源储存、环境治理、纳米材料合成等领域有着重要的应用价值。
本文通过对有机硅气凝胶的常压制备与增强研究进行综述，探讨了影响有机硅气凝胶性能的关键因素以及常见的增强方法，并提出了未来的研究方向。
1. 引言有机硅气凝胶是由三维连通的氧化硅骨架构成的聚合物凝胶材料，具有低密度、低热导率、低折射率等优点，被广泛用于噪声红外消除、吸附分离和介电催化等领域。
然而，当前的有机硅气凝胶在常压下制备时固化时间长、性能不稳定等问题限制了其应用的发展。
2. 常压制备方法目前，有机硅气凝胶的常压制备方法主要包括溶胶-凝胶法、超临界干燥法和原位法。
其中，溶胶-凝胶法是最常用的常压制备方法。
通过水解和缩合反应，将硅醇等有机硅前驱体转化为凝胶体，然后经过热处理或化学处理，形成有机硅气凝胶材料。
3. 影响有机硅气凝胶性能的关键因素有机硅气凝胶的性能受到多种因素的影响，其中包括前驱体的选择、溶胶浓度、pH值、温度等。
选择合适的有机硅前驱体可以提高凝胶的硅含量，而溶胶浓度和pH值则会影响凝胶的粘度和结构。
此外，温度的选择也对凝胶的形成和固化时间具有重要影响。
4. 增强有机硅气凝胶性能的方法为了改善有机硅气凝胶的性能，研究人员采取了多种增强方法，包括添加纳米材料、交联改性和后处理等。
通过添加纳米材料如二氧化钛、纳米碳管等，可以提高凝胶的力学性能和热稳定性。
交联改性可以增加凝胶的结构稳定性和耐久性。
后处理方法如表面修饰和气相改性等可以调控凝胶的表面性质和孔结构，进一步提高其吸附和催化性能。
5. 未来发展方向尽管目前有机硅气凝胶在各个领域都有着广泛的应用，但仍存在诸多挑战和不足之处。
未来的研究方向可以从以下几个方面展开：开发新型有机硅前驱体，制备高性能有机硅气凝胶；深入研究凝胶形成机制，揭示凝胶的微观结构和性能之间的关系；结合增强方法，进一步提高有机硅气凝胶的力学性能、热稳定性和吸附分离性能。
不同硅源制备二氧化硅气凝胶的研究进展
０ 引言
Ｓ ｉ Ｏ 。 气凝胶是一种具有微纳米网络结构的固态物质， 其 特有的大比表面积 、 低密度 、 低热导率等特性使得 它在众 多
配 的催 化 剂 ， 对 Ｓ ｉ Ｏ 气凝 胶 的结 构 和 实际 应 用 起着 至 关 重
要的作用 。沈军等ｌ ２ 分别 以硅酸钠 、 正硅酸乙酯 （ Ｔ Ｅ Ｏ ｓ ） 、
ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｗａ ｓ ｓ ｕ ｍｍｅ ｄ ｕ ｐ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ａ ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ａ ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ，ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｕ ｎ ｄ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ａ ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｆ ｕ ｎ ｃ —
ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ａ ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ，ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ
ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ａ ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ，ｓ ｏ ｂｇ ｅ ｌ ，ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ａ ａ ｅ ｒ ｏ ｇ ｅ ｌ ｓ
・
４ ２ ・
材 料 导报 Ａ： 综 述篇
２ ０ １ ４年 １月 （ 上）二 氧化 硅气 凝 胶 的研 究进 展
王 妮， 任 洪 波
（ 中国工程物理研究 院激 光聚变研 究中心 ， 绵阳 ６ ２ １ ９ ０ ０ ） 摘要 硅 源作为溶胶一 凝胶 法制备二氧化硅 气凝胶前驱体 的重要 组成部 分 ， 对获得结构 完整 、 性 能优 良的二 氧
ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ ｌ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ａ ａ ｅ ｒ ｏ ｇ ｅ ｌ 。ｍｅ ａ ｎ ｗｈ ｉ ｌ ｅ ｆ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｒ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｄ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ａ ａ ｅ ｒ ｏ ｇ ｅ １ ．Ｔｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ａ ａ ｅ ｒ ｏ ｇ ｅ ｌ ｓ ｗｈ ｉ ｃ ｈ
纳米二氧化硅气凝胶隔热材料的研究进展
作为 一种 新 型 轻质 纳 米 多 孔材 料 ，ｉ ＳＯ 气凝 胶
是 目前各 国材料科 学 家 研究 较 多 的单 组 分气 凝 胶 。 它在 纳米尺 寸效应 、 表面 效应 、 子尺 寸效应及 宏观 量
ｒ ｗ ａｅｉ ｓ Ｆｉ ｌｙ，ｈ ｒ ｓ ｃ ｆｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｔｉ ａｅ ａ ｓ ｐ ｏ ｓ ｄ ａ ｍ ｔ ｒａ ． ｎａｌ ｔ ｅ ｐ ｏ ｐｅ ｔｏ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｓｍ ｔｒｌ ｗａ ｒ ｐｏ ｅ ． ｌ ｉ Ｋ ｅ ｗｏｒ ｙ ｄｓ：ｉｉａａ ｒ ｇ ｌ ｐ ｒ ｓｔ ｔ ｅ ａ ｏ ｄｕ ｔｖ ｔ ｔｅ ａ ｎ ｕａ ｉｎ ｍ ａｅ ａ ｓｌｃ －ｅｏ ｅ ； ｏ ｏ ｉｙ；ｈ ｒ ｌｃ ｎ ｃｉｉｙ；ｈ ｒ ｌ ｉｓ ｌｔｏ ｔ ｒ ｌ ｍ ｍ ｉ
技术 ， 提出今后研究 的主要 目标 ， 即通过廉价原料制备 出较低密度下有 良好强度 和热导率 的气凝胶 复合材料 ， ： 二氧化硅气凝胶 ； 孔隙率 ； 热导率 ； 隔热材料
中图 分 类 号 ：Ｑ ２ ． Ｔ １７２ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： ０ ４ ９ （０ ０ １ — ０ ４— ３ １ ６— ９０ ２ １ ） １ ０ ０ ０ ０
摘
要： 作为一种超级 隔热材料 ， 二氧化硅气凝胶具有极 高的孔 隙率和极低 的热导率 。着重介 绍 了纳米二 氧
SiO2气凝胶疏水改性方法研究进展
SiO 2气凝胶疏水改性方法研究进展1刘明龙，杨德安天津大学材料学院先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室，天津 (300072)E-mail ：m.dragonliu@摘 要：文章综述了对SiO2气凝胶进行疏水改性的技术的最新研究进展，介绍了溶剂置换-表面改性法，直接表面改性法和联合前驱体法三种改性方法的改性机制及各种常用的表面改性剂，并从所制得的最终样品的性能、成本、实用性等方面进行了比较，从而总结出一种较经济实用的制备方法。
关键词：SiO2气凝胶；纳米多孔材料；溶胶-凝胶；疏水型；绝热材料1本课题得到国家自然基金委重点基金项目(10232030)，天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室 (x06050)的资助。
SiO 2气凝胶是一种具有独特的纳米多孔网络结构的轻质材料，因其极低的折射率、热导率和介电常数，高的比表面积和对气体的选择透过等特性，而在绝热材料、隔音材料、过滤材料以及催化剂载体等众多领域有着广泛的应用前景，尤其在作为高性能绝热材料方面受到了普遍关注。
由于通常方法制备出的SiO 2气凝胶内表面有大量的硅羟基存在，它们不仅会因缩聚而引起凝胶块体产生额外收缩，还能吸附空气中的水分而使气凝胶开裂破碎，严重影响了气凝胶的声、光、电、热、力学等性能，限制了它的应用场合。
因此，只有设法对制备的气凝胶进行疏水改性，增加它在空气中的稳定性和使用寿命，另外，再配合一系列增强、增韧措施，以制成纳米多孔绝热复合材料，才能在保温工程中发挥出它的真正作用。
1. SiO 2气凝胶的疏水改性及原理SiO 2气凝胶通常是由溶胶-凝胶法制备的，开始制得的醇凝胶固态骨架周围存在着大量溶剂（包括醇类、少量水和催化剂），要得到气凝胶，必须通过干燥以去掉其中的溶剂。
然而，在溶剂干燥过程中，由于凝胶纳米孔内气-液界面间产生表面张力，导致邻近的Si-OH 基团发生缩聚反应，形成Si-O-Si 键，从而产生了不可恢复的收缩；另外，这些Si-OH 基团还可以吸附空气中的水分，使表面张力增大，从而使气凝胶块体开裂破碎。
中国化学硅基气凝胶
中国化学硅基气凝胶化学硅基气凝胶是一种具有广泛应用前景的新型材料。
它由无机硅的气凝胶颗粒组成，具有低密度、低热导率、高吸附性能等特点。
在各个领域，化学硅基气凝胶都有着独特的应用价值和潜力。
本文将对中国化学硅基气凝胶的研究现状和应用前景进行综述。
1. 化学硅基气凝胶的制备方法化学硅基气凝胶的制备方法主要包括溶胶-凝胶法、喷雾干燥法、超临界干燥法等。
其中，溶胶-凝胶法是最常用的制备方法之一。
该方法首先将硅源与溶剂混合，形成溶胶；然后通过调节酸性或碱性条件，使溶胶发生凝胶化反应；最后，将凝胶进行干燥，得到硅基气凝胶。
2. 化学硅基气凝胶的物理性质化学硅基气凝胶具有低密度、低热导率、高比表面积和优良的吸附性能。
其低密度使其成为一种优秀的轻质材料，用于制备保温材料和隔音材料；低热导率使其在隔热和保温方面具有很好的应用前景；高比表面积使其成为一种优良的吸附剂，用于处理废水、废气等环境污染问题。
3. 化学硅基气凝胶的应用领域（1）保温隔热领域化学硅基气凝胶具有优异的保温性能，被广泛应用于建筑保温领域。
在传统的保温材料中，如聚苯板、岩棉等存在着密度大、吸水性强等问题，而化学硅基气凝胶的低密度和抗水性能使其成为替代品的首选。
此外，化学硅基气凝胶还可以应用于高温隔热，适用于航空航天、核工业等领域。
（2）吸附材料领域化学硅基气凝胶由于其高比表面积和优良的吸附性能，可以用作吸附材料。
例如，可以将其应用于废水处理领域，用于去除水中的重金属离子和有机污染物。
此外，化学硅基气凝胶还可以用于气体吸附，如H2、CO2等气体。
（3）催化剂载体领域化学硅基气凝胶具有良好的孔道结构和可调控的孔径大小，使其成为一种理想的催化剂载体。
通过将金属催化剂载于化学硅基气凝胶表面，可以提高催化剂活性和稳定性。
因此，化学硅基气凝胶在催化剂领域有着广阔的应用前景。
（4）生物医学领域化学硅基气凝胶具有良好的生物相容性和生物可降解性，可以应用于生物医学领域。
SiO2气凝胶玻璃研究进展
SiO 2 气凝胶玻璃研究进展2 超临界流体技术及装备国家地方联合工程研究中心贵州省遵义市 563003摘要：二氧化硅（SiO2）气凝胶玻璃具有保温隔热、降音降噪的效果，在建筑玻璃等领域的应用潜力广。
但是SiO2气凝胶易裂、透明度低限制了建筑领域的推广，如何改善SiO2气凝胶玻璃的透明度和提高力学性能是关注的热点。
因此，本文主要叙述了SiO2气凝胶玻璃的制备和研究进展，结尾对SiO2气凝胶玻璃未来应用前景做系统探讨。
关键词：SiO2气凝胶玻璃；透明度；力学性能1.引言SiO2气凝胶是高度多孔的材料，通常通过溶胶-凝胶工艺与特定的干燥工艺相结合而获得。
它具有高孔隙率，高比表面积，低密度和低导热率各种优异的性能，在隔热、吸附、催化剂载体、能量存储、切伦科夫散热器和宇宙除尘器广泛被应用[1]，并引起了广泛兴趣。
近年来，SiO2气凝胶玻璃因其优良的消音隔热性、透光性等优良特性，使其在建筑节能领域具有广阔的应用前景[2]。
但是SiO2气凝胶玻璃微孔结构易碎、易坍塌以及它的透明度等缺陷限制了应用。
因此，如何提高SiO2气凝胶玻璃的力学性能和透明度已成为当今研究的热点。
1.SiO2气凝胶玻璃的制备目前，SiO2气凝胶的制备主要采用溶胶-凝胶法。
溶胶-凝胶网络的形成影响因素较多，如pH值、反应温度与时间，反应物浓度、催化剂性质与浓度、H2O/Si摩尔比、陈化温度与时间以及干燥工艺等。
通常工业上使用正硅酸四甲酯(TMOS)或正硅酸乙酯(TEOS)等原料作为前驱体，在醇（甲醇、乙醇）等溶剂中加入水和酸充分搅拌使其混合均匀后用碱作为催化剂水解形成形成多孔的、无定形的SiO2湿凝胶。
经过老化和干燥形成SiO2气凝胶。
干燥方法主要包括常压干燥、冷冻干燥和超临界CO2干燥。
将干燥后的SiO2气凝胶放入两片玻璃板之间合拢在一起后装入干燥剂铝条，用丁基胶密封即可成为SiO2气凝胶玻璃。
1.整块气凝胶玻璃研究现状由于气凝胶本身的多孔结构，使得制备大块气凝胶板时易发生碎裂，增加了生产难度，目前多用于研究。