碳气凝胶的制备及结构

以甲醛和间苯二酚溶胶凝胶制备有机气凝胶(OA),将有机气凝胶在半密封的情况下干燥,再在高温下碳化,制备得到碳气凝胶(CA),并分析了有机气凝胶的形成机理.通过红外(IR)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等考察了有机气凝胶到碳气凝胶的结构变化,从具有丰富的官能团结构的有机物,最后碳化得到具有纳米尺度、无序的、连续三维网络结构的碳材料.     

几丁质纳米纤维/壳聚糖复合气凝胶微球的制备与表征

利用壳聚糖高分子溶液与部分脱乙酰几丁质纳米纤维分散液复合制备水凝胶及气凝胶微球,考察几丁质纳米纤维对复合气凝胶的影响。结果表明:所制备的几丁质纳米纤维/壳聚糖复合水凝胶微球的力学性能较单一壳聚糖水凝胶有所提高,并且复合气凝胶微球的孔隙性能相对于单一壳聚糖气凝胶得到显著改善。当复合凝胶微球中几丁质纳米纤维与壳聚糖的质量比为1∶5时,几丁质纳米纤维/壳聚糖复合气凝胶的比表面积从单一壳聚糖凝胶微球的46 m~2/g提高至230 m~2/g,孔径主要分布在20~60 nm,添加了几丁质纳米纤维的复合气凝胶微球的表面及内部的网状结构更为丰富。     

自生长纳米纤维增强SiO_2气凝胶的制备和力学性能研究

利用溶胶-凝胶法结合超临界干燥,并经高温热处理工艺制备出自生长锆氧、铝氧纳米纤维增强SiO_2复合气凝胶,通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X线衍射仪(XRD)、N_2吸附-脱附等测试方法对复合气凝胶的结构进行表征,并对试样的力学性能进行验证。结果表明:利用前驱溶液中酸碱不平衡的现象自生长出锆、铝氧纳米纤维,将金属氧化物和SiO_2前驱体在凝胶老化过程中复合成型后再经高温转化的方式实现增强纤维与气凝胶本体的结合,制备出轻质、高强度、耐高温、耐氧化的纳米纤维增强SiO_2复合气凝胶,压缩强度可达到6MPa以上。     

聚苯胺基气凝胶衍生纳米碳的电化学性能研究

采用树枝状聚苯胺,长纤维聚苯胺,树枝状聚苯胺-石墨烯以及长纤维聚苯胺-氮掺杂石墨烯4种气凝胶作为前驱体,经直接碳化后获得了氮掺杂连续的纳米碳.研究了聚苯胺基气凝胶衍生纳米碳的微观形貌结构、元素组成以及电化学性能.结果表明,树枝状聚苯胺,长纤维聚苯胺,树枝状聚苯胺-石墨烯以及长纤维聚苯胺-氮掺杂石墨烯气凝胶衍生的纳米碳具有连续的多级孔结构,其比表面积分别为273.9、487.7、241.4和295.9 m2·g-1,氮的摩尔分数分别高达7.82％、9.62％、7.91％和10.17％,在0.5 A·g-1的电流密度下分别具有高达268、311、280和362 F·g-1的质量比电容,且倍率性能和循环稳定性能优异.     

不同碳气凝胶导电剂对Li-MnO_2电池性能的影响

以间苯二酚、甲醛为前驱体,通过溶胶凝胶法,采用CO2超临界干燥、冷冻干燥、常压干燥制备碳气凝胶.采用N2低温吸脱附法、四探针法、扫描电镜对碳气凝胶的电导率、孔结构等进行考察,研究碳气凝胶作为导电剂材料对锂-二氧化锰电池大电流放电性能的影响.结果表明:不同干燥方法制备的碳气凝胶电阻率相近,比表面积差异较大,CO2超临界干燥制备的碳气凝胶比表面积最大(1 017.85 m2/g);以CO2超临界干燥制备的碳气凝胶为导电剂的电池放电比容量最大,100 m A恒流放电比容量达到101 m Ah/g,其放电平台比常压干燥的碳气凝胶高80 m V左右,1 m A恒流放电比容量则差异较小.结果显示碳气凝胶导电剂比商业乙炔黑导电剂性能更优.     

亚临界干燥制备SiO_2气凝胶

以E - 40 (多聚硅氧烷 )为硅源 ,HF为催化剂 ,采用异丁醇为干燥介质 ,用溶胶凝胶法在亚临界条件下制备了SiO2 气凝胶 .用扫描电子显微镜 (SEM)、孔径分布测定仪、比表面积测试 (BET)等方法对其微结构进行了研究 .结果表明 ,所制备的SiO2 气凝胶具有纳米网络结构 (平均颗粒大小约 1 0nm ,平均孔径约 1 4.5nm)和大比表面积(约 70 8.3m2 ·g- 1 ) .由于亚临界干燥使得制备压力从 6.4MPa降低到 2 .3MPa ,降低了制备成本 ,从而有利于气凝胶的商业应用 .     

纤维对气凝胶复合材料导热和力学性能的影响研究

采用酸碱两步催化制备硅溶胶,将3种不同类型的纤维（如玻璃纤维、涤纶纤维和静电纺聚偏氟乙烯微纳米纤维等）作为增强材料,在常压干燥条件下制备出结构稳定的纤维增强气凝胶隔热复合材料．研究了纤维种类、直径等对复合材料结构、力学性能和导热性能的影响,结果表明,气凝胶隔热复合材料的导热系数约在0．025～0．028W·m-K^-1间,与常温下静止空气导热系数接近,具有较好的隔热保温性能;而气凝胶复合材料的抗压强度较纯气凝胶大幅提高了4～5倍,其中以微纳尺度静电纺纤维增强的气凝胶复合材料还具有较好的柔性和结构完整性．     

碳气凝胶的制备及其物性研究

气凝胶是一种新型非晶固态材料,有着广泛的应用前景,为此详细论述了有机气凝胶和碳气凝胶的制备工艺;采用高分辨率航向电镜观察气凝胶的纳米显微结构;喇曼光谱测试结果表明碳气凝胶颗粒内部存在有微晶化结构;低温氮吸附法测试结果表明,有机气凝胶和碳气凝胶的比表面积主要由溶液的配比浓度和催化剂的量决定,后者还受碳化温度的影响。     

碳纳米纤维电镀镍方法研究

作为一种增强基材料,碳纳米纤维的优良性能被广泛关注.采用表面活性剂分散碳纳米纤维方法,制备了碳纳米纤维纸.利用电化学工作站,对碳纳米纤维纸进行电镀镍.通过伏安循环曲线和电镀曲线对碳纳米纤维电镀镍的过程进行分析.在碳纳米纤维电镀镍之后进行微观形貌、表面成分和电阻变化分析,发现碳纳米纤维能被镍很好地包覆且电阻率大幅降低.     

仿生棉花“轻柔飘逸”特性自组装制备纳米纤丝化纤维素气凝胶

 根据仿生棉花“轻柔飘逸”的特性,制备了具有超轻、超疏水、弹性和可折叠性能的一种新型纳米纤丝化纤维素（NFC）气凝胶。将废弃的枯落竹叶通过一系列化学处理,获得纯化的枯落竹叶纤维素。纤维素通过超声处理,可以将纤维素束分散成纳米纤维素纤维,经过冷冻干燥,制备NFC气凝胶。再通过MTMS处理,制备出具有这些性能的NFC气凝胶。采用接触角测量仪测得接触角为152°。通过扫描电子显微镜（SEM）和能量弥散X射线分析（EDS）对纯化的纤维素和制备的气凝胶的表面形貌和能谱进行分析,通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对枯落竹叶、纯化后的纤维素和获得的气凝胶进行官能团分析。该研究所用试剂均为绿色环保,为绿色气凝胶的制备提供了科学思路。     

气凝胶复合材料抗弹性能的研究

使用球形弹丸对硅气凝胶、有机气凝胶和碳气凝胶复合材料进行靶试实验,研究3种气凝胶复合材料的抗弹性能.实验表明:气凝胶作为面板可以有效提高复合靶板的抗弹能力;在子弹冲击过程中,气凝胶表现出明显的应变率强化效应,吸收子弹动能的能力显著提高;当气凝胶作为夹层,铝合金为面板和背板时,面板由于没有足够的背强作用而发生弯曲破坏,导致靶板整体抗弹性能提高不明显;有机气凝胶具有较高的动态压缩强度和较大的动态失效应变,因此其抗弹性能较好;硅气凝胶的动态压缩强度虽然低于碳气凝胶的动态压缩强度,但是其动态失效应变高于碳气凝胶的动态失效应变,因此硅气凝胶与碳气凝胶的抗弹能力相当.     

CRF气凝胶的电化学性能测试研究

对CRF气凝胶在H2 SO4电解液中的电化学行为进行研究 ,表明CRF气凝胶在H2 SO4电解液中电化学性能稳定 ,得到的单电极的电容值比实测的双电层电容器的电容值要大 ,完善双电层电容器的制备工艺使得电解液供应充分 ,有望进一步提高双电层电容器的电容值 .理论计算得出的双电层电容器的电容值要大于实测电容值 ,优化电极制备条件使得CRF气凝胶电极的比表面积并没有被全部利用     

低密度气凝胶的高温结构变化及其耐温性研究

以正硅酸乙酯为原料,采用二步法制备了密度为30 kg/m³的二氧化硅低密度气凝胶块体材料。将低密度气凝胶分别在100、400、600、700、800、900、1 000 ℃下处理后,使用扫描电子显微镜（SEM）、氮吸附等手段表征高温下低密度气凝胶微观结构变化趋势,并与同等条件下处理的密度为100 kg/m³气凝胶的比表面积进行对比。结果表明：在处理温度超过700 ℃后,低密度气凝胶比表面积出现明显下降,纳米多孔结构出现收缩和坍塌,因此其高温耐受温度为700 ℃。虽然密度为30 kg/m³的二氧化硅气凝胶材料具有更为纤细的网络结构和更高表面活性的纳米组成颗粒,但是由于高温下纳米颗粒反应收缩程度大于纳米颗粒尺寸效应,其表现出与100 kg/m³密度的气凝胶材料相同的耐温性。     

Preparation and Characterization of Silk Fibroin Aerogel

Silk protein fibroin,as a biomedical material,has good biocompatibility,biodegradability,regulation and excellent physical and chemical properties. In this work,a low density porous silk fibroin material is prepared from fibroin solution by high-speed shearing with impeller. By adjusting shear rate of the stirrer,silk fibroin aerogel with different sizes of the aperture is prepared. In general, this aerogel has small porosity, uniform pores, good mechanical properties and slow rate of degradation. It is observed that increasing the shear rate results in higher porosity of aerogel,while the diameter of the aerogel becomes smaller. This silk aerogel may offer a new option as biomaterial for the tissue engineering application based on the information on the structural behaviors.     

炭气凝胶微球的制备及在锂离子电池负极材料中的应用

以间苯二酚和甲醛为原料,在催化剂和表面活性剂的作用下经溶胶-凝胶、超临界干燥、炭化等过程合成一种新型的炭气凝胶微球。采 用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、低温氮吸附（BET）和充放电测试等表征了炭气凝胶微球微观形貌、结构和电化学性能。结果表明:炭气 凝胶微球具有纳米网络结构（孔径集中分布在3.5nm左右）,微球直径≤40μm,比表面积为555m²/g。电化学性能表现出很大的首次不可逆容量 损失,这主要与材料大的比表面积有关。但在首次循环后,具有良好的循环性能,循环20次后可逆充电容量为281mAh/g,循环效率达到100％ 。     

Electronic connection to the interior of a mesoporous insulator with nanowires of crystalline RuO2

Highly porous materials such as mesoporous oxides are of technological interest for catalytic, sensing and remediation applications: the mesopores (of size 2-50 nm) permit ingress by molecules and guests that are physically excluded from microporous materials. Connecting the interior of porous materials with a nanoscale or 'molecular' wire would allow the direct electronic control (and monitoring) of chemical reactions and the creation of nanostructures for high-density electronic materials. The challenge is to create an electronic pathway (that is, a wire) within a mesoporous platform without greatly occluding its free volume and reactive surface area. Here we report the synthesis of an electronically conductive mesoporous composite--by the cryogenic decomposition of RuO4--on the nanoscale network of a partially densified silica aerogel. The composite consists of a three-dimensional web of interconnected (approximately 4-nm in diameter) crystallites of RuO2, supported conformally on the nanoscopic silica network. The resulting monolithic (RuO2//SiO2) composite retains the free volume of the aerogel and exhibits pure electronic conductivity. In addition to acting as a wired mesoporous platform, the RuO2-wired silica aerogel behaves as a porous catalytic electrode for the oxidation of chloride to molecular chlorine.     

纤维素气凝胶材料研究进展

 气凝胶是一种具有纳米孔洞结构的新型固体材料,具有低热导率、低折射指数和低电阻率等特点,在隔热保温、吸附催化和高性能电容器等方面具有广阔的应用前景。本文综述气凝胶发展的历史及气凝胶的制备方法和应用,探讨了纤维素气凝胶研发中存在的问题,展望了纤维素气凝胶的未来发展。     

MTES疏水改性SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料的制备及结构表征

采用原位聚合法,以正硅酸四乙酯(TEOS)为原料、甲基三乙氧基硅烷(MTES)为疏水改性剂,活性炭为载体,制备疏水SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料。采用接触角分析仪、N2吸附法、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)对疏水SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料的表面特性和结构进行表征。结果表明:所制备的疏水SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料的接触角为156°、比表面积为759.2 m2/g、孔体积为4.38 cm3/g,最可几孔径是32nm,孔径主要分布为1～50 nm,疏水SiO2气凝胶均匀地分散于活性炭表面。     

数字图像相关技术在多孔气凝胶基复合材料弹性力学常数识别中的应用

采用数字图像相关技术（digital image correlation,DIC）结合有限元模型修正技术（FEMU）,通过2维编织高铝纤维增强多孔气凝胶基复合材料正轴及偏轴拉伸实验,同时识别获得了材料面内多个工程弹性常数.通过力学实验结合有限元数值虚拟实验,研究了识别过程中目标函数构成、优化方法、参数初值、位移场随机误差水平对识别结果和效率的影响.研究表明针对2维编织多孔气凝胶基复合材料,选取DIC实测位移和有限元数值计算位移的方差作为目标函数,通过L-M非线性最小二乘优化方法,计算参数敏感度矩阵,可同时识别获得多个加载面内材料力学性能参数,识别效率高,识别过程对参数初值、位移场随机误差水平不敏感,鲁棒性好.      

炭气凝胶微球的物理活化与化学活化比较

以炭气凝胶微球为原料,分别采用CO2和KOH作为活化剂,研究物理活化和化学活化对炭气凝胶微球孔结构和电化学性能的影响差异,探讨CO2和KOH的活化机理。结果表明,CO2和KOH活化均能有效改善炭气凝胶微球的孔结构,比表面积最高可达1 320 m2/g;同时显著提高材料的电化学性能,活化后的比电容最高可为活化前的3倍。结果还表明两种方法的活化机理不同,CO2活化,有利于保持炭气凝胶微球的中孔,为电子进出提供大量的快速通道,提高传质速率;KOH活化,对炭气凝胶微球的微孔形成非常有利,可增大电化学活化表面,提高电化学性能。