碳气凝胶的常压干燥制备及结构控制
一种制备炭气凝胶的新方法
（ 河北省矾 山磷矿 有限公 司 河北 张 家口市 ０ ５４ ） ７ ６ １ 要 ： 气凝 胶是 一种具 有 交联 结构 的新 型纳 米 多孔材 料 ． 炭 它是 用溶 胶一 凝胶 法和超 临界 干燥 工艺制 成的 有机凝 胶 （ ） ＲＦ
２试 验 方 法
２ 凝胶 制备 ． １
将 间苯 二酚 和 甲醛 安 １２的摩 尔 比混合 ，加入 适 量 的催 化 剂 ： Ｎ Ｃ ， 入 去离 子 水做 溶 剂制 备 一定 固含量 的溶 液 ， ａＯ， 加 把制 得 的 溶 液充分 混合 均匀 ， 将混 合液 移入 安 培瓶 中 ， 生胶 带 密封 然后 用 瓶 口， 放入 一定 温 度 的烘 箱 中 ； 为是 用 生胶 带来 密封瓶 口 ， 因 所 以溶 剂会 慢慢 的挥 发 。从 而可 以防止 溶剂 的过 快 挥发 而导 致 纳 米结 构 的塌陷 ， 培瓶 中 的质量 不再 变化 时 ， 明溶 剂 已经挥 当安 说 发完 全 ， 出够 即得到 Ｒ 取 Ｆ气凝胶 。 参 考文献 ２ ． ２高温炭化 ［】 ｈｈｅ ， １Ｍ ｕ ｔｅ ｎ ａ ｓ Ｒ ｔ ｒＰｅａａｏ ｎ １ Ｓ ａｅｎＡ Ａ一 ｈａ ｂａ ｄ ｍｅ Ａ．ｉｅ． ｒｐｒｔ ｎａｄ ｓ Ｊ ｔ ｉ 把制得的 Ｒ Ｆ炭气凝胶放入炭化炉中，在惰性气体的保护 Ｐｏ ｅｔｓｏ ｓｒｉｏ — ｏｍａ ｅｙｅ Ｏｒａｉ ａｄ Ｃ ｒｏ ｌⅡ． ｒｐｒｅ ｆＲｅ ｃ ｌ Ｆ ｒ ｌ ｈ ｄ ｇｎｃ ｎ ａｂ ｎ Ｇｅ Ｊ ｉ ｏ ｎ ｄ ｓ ｄ ａ ｃ ｄＭａｅ ａ ，０ ３ １ ２ ：０ —１ ３ ｉ ｓ 下。 升温到 １０ 并维持 ２ ０ＷＣ 小时， Ｒ 使 Ｆ气凝胶炭化的彻底均匀 ， Ａ ｖ ｎ ｅ ｔｒ ｌ ２ ０ ， （ ） １ １ １ Ｔ． ｍａ ｏ ｏ Ａ． ｎｄ Ｔ． ｈ Ｙａ ｍ ｔ ， Ｅ ｏ， Ｏ ｍｏ ． ｅ ｅ ｅ ｔ ｆｄ ｆ ｒ ｎ ｎ— ｉ ｆ Ｔｈ ｆ ｃ ｓｏ ｉ ｅ ｅ ｔ ｙ ｓ 这 样就 可 以得 到黑色 的炭 气凝胶 。 ｔ ｅ ｃ ｏ ｄ ｔ ｎ ｏ ｔ ｅ ｏ ｏ ｓ ｒ ｐｅｔｅ ｏ ａ ｂ ｎ ｒ ｏ ｅ ｈ ｔ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｎ ｈ ｐ ｒ ｕ ｐ ｏ ｒ ｓ ｆ ｃ ｒ ｏ ｃ ｙ ｇ ｌ ｉ ｉ ｉ ｍｉ ｒ ｃｏ— ２ 结 构测试 ． ３ ｓｈｒｓ Ｃ ＲＢ ｐ ｅｅ Ａ ＯＮ． ０ ，４） １３ —１３ ２ ５ （３： ２ １ ２８ ０ 用扫 描电镜 观测 炭气凝 胶 的网络结 构 ； ｘ射线 粉末 衍射 仪测 【Ｊ ｄｄ ｒ Ｃ ｈ ｒｎ ｘ ａｄｄａｒｇｌａｄ￣ｌｓ１， ｔｒ， ３ Ｋ ｓｅ Ｓ． ｏ ｅｅ ｔ ｐｎ ｅ ｅｏ ｅ ｎ ｅｉ ［ Ｎａ ｅ Ｓ ｅ ｓ ｌｅ 】 ｕ 定 其成分 ； 有充放 电来测试其 比电容 。
气凝胶常见的工艺流程
气凝胶常见的工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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气凝胶常见生产工艺流程
气凝胶常见生产工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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气凝胶的制备与应用研究
气凝胶的制备与应用研究气凝胶是一种轻质多孔的新型材料，具有优异的热、声、光和电学性能，被广泛应用于能源、环保、航空航天、生物医药等领域。
本文将介绍气凝胶的制备方法和应用研究进展。
一、气凝胶的制备方法气凝胶的制备方法主要有超临界干燥法、溶胶-凝胶法、冷冻干燥法和气相沉积法等。
其中，超临界干燥法是目前应用最广泛的制备方法，因其制备过程简单，可用于各种类型的物质，且制得的气凝胶密度低、孔径可控，具有良好的热稳定性和化学稳定性。
以下将对这四种方法分别进行介绍：1. 超临界干燥法超临界干燥法是指在高压高温下将液态物质变为气态，通过减压降温使物质从气态转变为凝胶状态，最终得到气凝胶。
该方法可用于制备化学性质稳定的无机气凝胶和多种有机气凝胶。
超临界干燥法的优点在于：可以改变超临界条件（压力、温度）来控制孔隙结构，得到可调控的孔径和孔隙大小的气凝胶。
2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是指将物质分散在溶液中形成胶体，通过蒸发、热处理或光聚合等方式使其自组装形成凝胶状态，再通过干燥处理形成气凝胶。
该方法制备的气凝胶可用于吸附剂、分离材料、催化剂和光学传感器等领域。
3. 冷冻干燥法冷冻干燥法是指将物质的溶液冷冻成凝胶状态，再通过蒸发水分或真空干燥等处理方式将其转变为气凝胶。
该方法制备出的气凝胶具有优异的孔隙性能和高比表面积，在光学、催化和隔热领域有广泛的应用。
4. 气相沉积法气相沉积法是指将一种适宜的前体物质在高温下裂解、氧化或还原等化学反应形成气态分子，通过气相沉积在固体表面上形成气凝胶。
该方法的优点在于：制备速度快，反应条件易于控制，可得到高纯度、高结晶度的气凝胶。
二、气凝胶的应用研究进展气凝胶的应用研究主要集中在以下几个领域：1. 能源领域气凝胶具有优异的隔热性能和低介电常数，可用作电容器介质、超级电容器、锂离子电池隔膜和太阳能电池支撑材料等。
目前，人们已经研制出多种具有优异性能的气凝胶，如碳气凝胶、二氧化硅气凝胶等，这些材料在节能环保领域和新能源领域有广泛的应用前景。
气凝胶的制作方法
气凝胶的制作方法气凝胶是一种微孔结构的高分子材料，具有轻质、高强度、低热导率、吸声隔音等优良性能，因此在能源、环保、航空航天、电子信息等领域得到广泛应用。
本文将介绍气凝胶的制作方法。
一、前期准备1. 原材料选择：气凝胶的主要原材料是硅酸盐类化合物，如硅酸钠、硅酸铝钠等。
此外，还需要选择表面活性剂、催化剂、溶剂等辅助材料。
2. 设备准备：气凝胶的制备需要一些特殊的设备，如反应釜、搅拌器、过滤器、干燥箱等。
3. 实验条件：气凝胶的制备需要在无尘、无湿的条件下进行，因此需要准备一间洁净实验室。
二、气凝胶的制备步骤1. 溶液制备：将硅酸盐类化合物、表面活性剂、催化剂、溶剂等材料按一定比例混合，制成溶液。
2. 搅拌反应：将溶液倒入反应釜中，加热至一定温度，然后加入一定量的气体（如二氧化碳、氮气等），同时搅拌反应。
在反应过程中，硅酸盐类化合物会水解生成气凝胶的基础结构，而表面活性剂则起到调节气凝胶孔径的作用。
3. 过滤干燥：反应结束后，将反应液经过过滤器过滤，得到气凝胶的凝胶体。
然后将凝胶体放入干燥箱中进行干燥，除去多余的水分。
4. 表面修饰：将干燥后的气凝胶进行表面修饰，如涂覆一层纳米材料、改变表面化学性质等，以提高气凝胶的性能。
5. 质量检测：对制备好的气凝胶进行质量检测，包括密度、孔径分布、热导率、力学强度等指标。
三、气凝胶制备中的关键问题1. 气凝胶的孔径大小与表面活性剂的浓度有关，需要在制备过程中精确调节。
2. 气凝胶的制备需要在无尘、无湿的条件下进行，否则会影响气凝胶的质量。
3. 气凝胶在干燥过程中需要避免过度干燥，否则会导致气凝胶的孔结构坍塌。
四、气凝胶的应用气凝胶具有轻质、高强度、低热导率、吸声隔音等优良性能，因此在以下领域得到广泛应用：1. 能源领域：气凝胶可以用于太阳能集热器、燃料电池等设备中，提高能源利用效率。
2. 环保领域：气凝胶可以用于油品吸附、水处理等方面，减少环境污染。
3. 航空航天领域：气凝胶可以用于制备轻质、高强度的航空材料，降低航空器重量，提高载重能力。
稀释比对常压干燥制备炭气凝胶结构的影响
Ｉ Ｒ等 方法对样品进行表征 。结果表 明 ： 采 用氢氧化钠 为催 化剂制 备 的炭 气凝胶 为非 晶 态， 表观 密度为 １ ． １ ０ ｇ ／ ｃ ｍ３ ， 比表 面积 为 ６ ２ ０ ｍ２ ／ ｇ ， 平均孔径为 １ ６ ． ０ ｎ ｍ。实验表 明， 较低 的稀释 比更有利于制备 出表观 密度较 小、 比表面积较 高
Ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ Ｄｒ ｙ ｉ ｎｇ
Ｌ Ｕ Ｂ ｉ ｎ ，Ｌ Ｕ Ｈｕ ｉ ，Ｓ ＯＮＧ Ｍｉ ａ ｏ ，Ｚ ＨＯＵ Ｑｉ ａ ｎ ｇ ， ＷＥ Ｉ Ｑｉ ｑ ｉ ｎ ｇ ， ＧＵＯ Ｄ ｉ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｃｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ， Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ４ １ ０ ０ ８ ３ ）
气凝胶简介
气凝胶的简介摘要气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成纳米多孔网络结构, 并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料。
近年来气凝胶研究得到了很大的发展, 本文对气凝胶的制备方法、结构与特性、应用前景等方面的研究进展作一简要的评述。
关键词气凝胶制备结构特性应用前景正文气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成纳米多孔网络结构, 并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料。
早在三十年代初斯坦福大学Kistler[1]就已经通过水解水玻璃的方法制得了SiO2气凝胶,但由于这种方法的制备工艺复杂和产品纯化困难而未得到发展。
直到八十年代以后随着溶胶-凝胶法研究的深入和超临界干燥技术的逐步完善, 使构成气凝胶的固体微粒更趋于细化, 微孔分布更趋于均匀, 从而使材料的密度更低,孔隙率更高。
目前的气凝胶主要是指一种以纳米量级超细微粒所聚集成的固态材料, 其孔隙率可达80～99.8%,孔洞尺寸一般在1～100nm之间,而密度变化范围可达3～600kg·m- 3。
气凝胶结构的特异性和诱人的应用前景, 引起化学家、物理学家、材料学家等的高度重视, 在美国气凝胶研究被列为九十年代十大热门科学技术之一。
本文将对气凝胶的制备方法、结构与特性、应用前景等方面的研究工作进行总结并作适当的评述。
1 制备方法气凝胶的制备通常由两个过程构成, 即溶胶-凝胶过程和超临界干燥。
迄今为止已经研制出的气凝胶有数十种, 它们分为单组分气凝胶如SiO2、Al2O3、V2O5、TiO2等, 多组分气凝胶如Al2O3/SiO2、TiO2/SiO2、Fe/SiO2、Pt/TiO2、(C60/C70)-SiO2、CaO/MgO/SiO2等, 有机气凝胶如RF、MF等和碳气凝胶。
1.1 溶胶-凝胶过程气凝胶的多孔网络结构首先由溶胶-凝胶过程形成, 即以金属有机化合物为母体, 在一定条件下通过水解-缩聚反应形成具有空间网络结构的醇凝胶。
气凝胶材料的制备与应用
气凝胶材料的制备与应用气凝胶是一种独特的材料，它具有超低密度、优秀的孔隙结构和超高比表面积等特点。
因此，气凝胶材料在各个领域都有广泛的应用。
本文将从气凝胶材料的制备和应用两个方面进行论述。
一、气凝胶材料的制备气凝胶材料的制备方法多种多样，其中最常用的是溶胶-凝胶法。
该方法的基本步骤包括：溶胶制备、凝胶形成、胶体凝胶、干燥和构筑。
具体步骤如下：1. 溶胶制备溶胶是气凝胶的前体溶液，它由溶剂和溶解了适当数量的前驱体的溶液构成。
常用的溶剂包括水、醇类和有机溶剂等。
溶胶的配制需要掌握适当的浓度和黏度，以保证凝胶的形成。
2. 凝胶形成凝胶是指溶胶在添加剂的作用下，通过聚集和交联形成三维网络结构。
添加剂的种类和用量直接影响凝胶的性质和结构。
常用的添加剂有硝酸和硅酸等。
3. 胶体凝胶胶体凝胶是指凝胶经过一系列处理后获得的具有一定形状和稳定性的材料。
常见的方法包括流延、染色剂处理和膜结构构筑等。
4. 干燥干燥是制备气凝胶的关键步骤，不同的干燥方法会直接影响气凝胶的性能。
常用的干燥方法有常压干燥、超临界干燥和冻干法等。
其中，超临界干燥是一种最常用且效果最好的干燥方法。
5. 构筑构筑是制备气凝胶最后的步骤，通过热压、化学修饰和物理修饰等方法，在气凝胶表面引入新的功能性组分。
构筑可以增加气凝胶的应用场景，提高其性能与功能。
二、气凝胶材料的应用1. 隔热保温材料由于气凝胶具有超低密度和优秀的孔隙结构，它具备出色的隔热保温性能。
因此，气凝胶被广泛应用于建筑、航空航天等领域。
在建筑领域，气凝胶被用作墙体材料，能够有效隔绝室内外热量传递，提高建筑的能源利用效率。
2. 吸附剂气凝胶具有超高比表面积，因此它具备优秀的吸附性能。
气凝胶被广泛应用于空气净化、水处理和化学品分离等领域。
以气凝胶为基础材料的吸附剂能够高效去除空气中的有害物质，提高环境质量。
3. 传感器由于气凝胶具有大量的微观孔隙和高比表面积，它具备高灵敏度和快速响应的特点。
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第4卷 第5期 过 程 工 程 学 报 Vol.4 No.5 2004 年10月 The Chinese Journal of Process Engineering Oct. 2004
收稿日期：2003−09−24，修回日期：2003−12−25 基金项目：上海市自然科学基金资助项目(编号: 02ZE14101)；上海市纳米科技与产业发展促进中心资助项目(编号: 0216nm035)； 上海市重点学科建设资助项目；德国大众汽车基金资助项目 作者简介：秦仁喜(1979−)，男，湖北省洪湖市人，硕士研究生，从事纳米多孔材料的研究.
碳气凝胶的常压干燥制备及结构控制 秦仁喜，沈 军，吴广明，周 斌，王 琴，倪星元，郭艳芝 (同济大学波耳固体物理研究所，上海 200092) 摘 要：研究了碳气凝胶在常压条件下的制备过程和干燥方法. 用扫描电镜、比表面测量仪及孔径分布仪对其结构进行了表征与测试. 通过改变催化剂和溶剂的用量，可以实现碳气凝胶的颗粒直径及孔洞由纳米到微米级的连续调节. 通过降低催化剂浓度并以丙酮进行溶剂替换，成功实现了碳气凝胶的常压干燥. 常压干燥样品具有250~650 kg/m3的低密度和250~550 m2/g的高比表面积. 分析了其溶胶−凝胶反应机理，围绕毛细压力和材料强度等方面探讨了其常压干燥的实现途径. 关键词：碳气凝胶；常压干燥；毛细压力 中图分类号：TQ127.1 文献标识码：A 文章编号：1009−606X(2004)05−0429−05
１ 前 言
碳气凝胶是一种多孔网络状的非晶碳材料，一般通过高温碳化有机气凝胶而得到. 以间苯二酚(Resorcinol)与甲醛(Formaldehyde)经溶胶−凝胶反应生成的有机气凝胶(简称RF气凝胶)具有孔洞率高、比表面积大和密度变化广等优点，是迄今为止常温常压下热导率最低的固态材料[约0.012 W/(m⋅K)][1]. RF气凝胶碳化后生成的碳气凝胶(即CRF碳气凝胶)不仅继承了RF气凝胶的大部分优点，而且具备优良的电化学性能，在超级双电层电容器、可充电电池、燃料电池、分子筛、海水淡化及催化剂载体等方面极具应用潜力[2−7]，因而成为一种应用前景相当广阔的新型碳素电极材料. 经溶胶−凝胶反应生成的RF有机湿凝胶一般要通过超临界干燥工艺[6]处理，增加了实验的成本和风险，严重制约了碳气凝胶的实际应用. 目前为了获得常压干燥的碳气凝胶，主要采用掺入纤维来提高材料强度的方式制备碳气凝胶[2−5]，往往只能得到薄膜样品. 本工作研究了碳气凝胶块体材料的常压干燥制备过程，讨论了其实现常压干燥的途径.
２ 实 验 ２．１ 凝胶的制备 将间苯二酚与甲醛以1:2的摩尔比混合，以碳酸钠为催化剂，再加入去离子水作溶剂，搅拌均匀，密封后置入烘箱中，分别以25, 50和90oC处理1, 1和3 d，最后生成RF湿凝胶. 间苯二酚与催化剂的摩尔比简称R/C比，实验中分别取500, 1000和1500等数值；间苯二酚和甲醛占总溶液的质量分数简称M值，实验中分别取20%, 30%和40%等数值. ２．２ 溶剂替换 用丙酮进行溶剂替换，浸泡样品3次，彻底替换样品中的水和其它杂质，然后在室温常压条件下干燥，待丙酮自然挥发干净后，即可得到干燥的RF气凝胶. 430 过 程 工 程 学 报 第4卷 ２．３ 高温碳化 将RF气凝胶置于氮保护的高温碳化炉中，以50 mL/min的气流速度通入氮气，炉子从室温缓慢升至250oC保持2 h，然后升至1050oC保持4 h，最终即可得到黑色的碳气凝胶. ２．４ 样品测试 颗粒形貌采用Philips XL−30 ESEM环境扫描电镜观测，放大倍数为20000倍；BET比表面积测量采用Micromeritics FlowSorb II 2300自动吸附仪，脱气温度200oC，载气为30.2% N2和69.8% He；孔径分布测试采用Micromeritics ASAP2010型物理吸附仪.
３ 实验结果 ３．１ Ｒ／Ｃ比对碳气凝胶结构的控制作用 在反应过程中，催化剂的浓度即R/C比是一个非常关键的参量. 当R/C≤500时，反应最终会生成暗红色透明的凝胶；R/C=1000时，凝胶呈棕黄色；R/C=1500时，凝胶呈黄色；R/C=2000时，凝胶呈桔红色. 随着R/C比增大，凝胶的颗粒度也逐渐变大，相应碳化后得到的碳气凝胶颗粒度也随之增大. 图1(a)为R/C=1000, M=30%的RF有机气凝胶的SEM照片，颗粒形成的团簇呈珊瑚状，这些团簇大小不一，孔洞的大小也不一，这表明RF气凝胶是典型的无序多孔结构. 图1(c)为对应的碳气凝胶的SEM照片，可以看出RF气凝胶碳化后，颗粒变得光滑，但依然保持着原来无序多孔的网络结构.
(a) RF aerogels, M=30%, R/C=1000 (b) CRF carbon aerogels, M=30%, R/C=500 (c) CRF carbon aerogels, M=30%, R/C=1000 (d) CRF carbon aerogels, M=30%, R/C=1500 图1 RF和CRF气凝胶的SEM照片 Fig.1 SEM images of RF and CRF aerogels at different R/C ratios 第5期 秦仁喜等：碳气凝胶的常压干燥制备及结构控制 431 图1(b)∼(d)是M=30%, R/C比分别为500, 1000和1500的碳气凝胶的SEM照片. 由图可见，R/C=500时，颗粒直径较小，一般在100 nm以下；R/C=1000时，颗粒直径在100∼200 nm之间；R/C=1500时，颗粒尺寸明显变大，在1 µm左右. 因此通过改变R/C比值，可以实现气凝胶颗粒结构从纳米到微米量级的控制. ３．２ Ｍ值对碳气凝胶结构的控制作用 溶剂的质量分数M值也是控制材料结构的一个重要参量，同时与催化剂也是相互关联的. 当R/C≥1500时，M≤20%的溶胶由于水太多而无法凝胶；当R/C≤500时，M≥50%的溶胶经凝胶后孔洞太少而过于致密. 当R/C=1000，M由25%至50%以5%逐渐递增时，颜色逐渐由桔黄色→黄色→褐色发生变化并加深，相对应的碳气凝胶的密度也逐渐变大，如表1所示. 从表可以看出，RF气凝胶经过碳化后，虽然质量减少了，但是相应体积也缩小了，因而密度改变不大，同时保持着原有的网络结构. 通过低温氮气吸附测试，可得到不同R/C比和M值的碳气凝胶的比表面积. 由表1可以看出，碳气凝胶的比表面积在250∼550 m2/g，这表明常压干燥得到的碳气凝胶相对于超临界干燥方法制备所得的样品(400∼800 m2/g)[8]，依然具有较高的比表面积.
表１ 碳气凝胶的密度和比表面积 Table 1 Density and specific surface area of carbon aerogels Sample series R/C ratio M (%) RF density (kg/m3) CRF density (kg/m3) BET surface area (m2/g) S1 500 30 661.8 613.0 303.7 S2 1000 30 433.0 514.2 487.5 S3 1500 30 396.5 242.9 521.9 S4 2000 30 251.0 270.1 358.3 S5 1000 20 347.8 460.5 317.9 S6 1000 40 465.9 488.8 403.4 S7 1000 50 661.2 574.8 325.2 S8 1500 40 489.5 437.2 290.6 S9 1500 50 622.4 658.8 309.3
通过孔径测试，采用BJH方法[9]计算得到碳气凝胶的孔径分布如图2. 由图可见，随着M值由30%, 40%到50%上升，曲线的峰值相应由60, 40到15 nm下降，这表明水溶剂量的减少直接导致了孔径的减小，因此可以通过改变溶剂的用量来调节结构孔洞的大小.
４ 讨 论 ４．１ 溶胶−凝胶反应过程分析 溶胶−凝胶反应过程如图3，在碱性催化剂的作用下，间苯二酚苯环上的2, 4或6位迅速加上甲醛分子，在溶液中形成大量替换有甲醛分子的间苯二酚单体，随后单体通过表面官能团−CH2OH发生缩聚反应，苯环之间以亚甲基(−CH2−)或亚甲基醚桥(−CH2−O−CH2−)相互交联，形成一个个胶体小颗粒. 胶体颗粒相互缩聚形成团簇，团簇继续缩聚最终形成贯通容器的网络状凝胶. 在碱性条件下，水解反应非常迅速而缩聚反应则相对缓慢. 反应过程中温度对缩聚反应的影响比较大. 当反应溶液于25oC时，快速水解反应之后，胶体颗粒开始聚合间苯二酚单体而缓慢长
1101000.000.050.100.150.200.250.300.35 Pore volume (cm3/g)
Pore diameter (nm) M (%) 30 40 50R/C=1000
图2 碳气凝胶的孔径分布 Fig.2 Pore diameter plot of carbon aerogels 432 过 程 工 程 学 报 第4卷 大. 在50oC时主要发生胶体颗粒的团聚反应从而形成凝胶结构，90oC加热则是为了老化凝胶，使游离在溶液中的间苯二酚单体缩聚到凝胶骨架上从而增强凝胶的强度. 因此溶胶在室温下静置的时间越长，最终生成的碳气凝胶的颗粒直径也就越大.
随着R/C比的增大，即碱性催化剂的浓度减小，缩聚反应也变得更容易，这样更多的间苯二酚单体会通过缩聚连至胶体颗粒上，从而导致了胶体颗粒的增大. 实验结果也表明，当R/C比由500, 1000增至1500时，碳气凝胶的颗粒直径也由小于100和100~200 nm增大到1 µm. 一般R/C比值越高，反应生成的颗粒尺寸也越大，颗粒之间的胶联也更疏松. 反应中M值越小，即相应的溶剂量越大，意味着溶胶中胶体颗粒浓度的降低，这样就会导致凝胶过程减缓，同时也增大了凝胶的孔洞. 例如当R/C=1000而M值由50%, 40%降到30%时，碳气凝胶的孔径峰值也相应由15, 40增加到60 nm；而在R/C≥1500时，M≤20%的溶胶因为水太多根本无法凝胶. ４．２ 常压干燥的实现途径 生成的RF湿凝胶在常压条件下干燥时，由于溶剂表面张力的作用，会导致样品发生收缩或开裂. 干燥时为了保持凝胶态的结构，常采用超临界干燥工艺，使凝胶中的液体在高压条件下超过临界点，使气液界面消失，因而表面张力也就不复存在[6]，但同时也增加了实验的成本和风险. 在常压条件下，溶剂挥发前凝胶介孔中的液体弯月面会产生一个毛细压力，如图4，将介孔近似看作圆柱体，则毛细压力为[10] P=2γcosθ/r, (1)