二氧化硅气凝胶隔热材料

SiO2气凝胶是一种由SiO2胶体粒子相互团簇聚集形成的纳米多孔网络结构材料,由于在常温下具有很低的密度和极低的热导率,因此成为最具有开发潜力的一种超级绝热材料.     

二氧化硅气凝胶改性方法及研究进展

为了提高采用溶胶-凝胶法制备的二氧化硅气凝胶的网络强度,介绍了对二氧化硅气凝胶进行改性的3种方法. 以正硅酸乙酯为硅源,采用溶胶-凝胶法和表面修饰工艺,在常压条件下制备了SiO2气凝胶. 傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)测试结果表明,SiO2气凝胶具有较好的疏水特性. 表面修饰剂三甲基氯硅烷在正己烷中的体积分数为6%,表面修饰时间为24h时,气凝胶具有优化的性能.     

二氧化硅气凝胶的常压制备及其特性研究

以正硅酸乙酯为原料,先采用溶胶-凝胶法制备湿凝胶,然后浸泡在反应溶液中进行老化,再利用正己烷进行溶剂交换,三甲基氯硅烷进行表面改性,最终获得轻质多孔二氧化硅气凝胶. 进一步考察了凝胶时间随乙醇和水的不同加入量和pH值的变化,利用FTIR、XRD和SEM等方法对二氧化硅气凝胶表征. 结果表明,所制备的疏水SiO2气凝胶的密度、比表面积和孔隙率分别为77～200 kg·m-3,500～750 m2g-1和85%～95%,其颗粒尺寸为50～200 nm.     

SiO2气凝胶微球的制备及其性能研究

采用以花生油或硅油为油相形成油包SiO_2溶胶或在超临界CO_2中形成微乳液的乳液成球技术,结合CO_2超临界干燥制备出SiO_2气凝胶微球。先后用三甲基氯硅烷(TMCS)和3-氨丙基三羟基硅烷(KH-553)对微球进行内疏外亲改性,并采用吸水实验和接触角测试进行表征,最后将SiO_2气凝胶微球做成涂料,研究其隔热性能。结果表明:不同工艺制备的SiO_2气凝胶微球比表面积都较高,孔隙率均高达90%以上。以花生油或硅油为油相制备的SiO_2气凝胶微球具有良好的介孔结构,孔径主要为5～20 nm。而在超临界CO_2中形成微乳液制备的SiO_2气凝胶微球具有小孔和介孔结构,孔径主要为0.02～10 nm。超临界CO_2微乳液中制备的微球粒径相对分布较窄(0.02～8μm),比表面积高达1 059.4 m~2/g。经TMCS和KH-553先后改性的SiO_2气凝胶微球具备内疏外亲的性能。将所制备的SiO_2气凝胶微球做成涂料,热导率最低为0.02 W/(m·K),达到很好的隔热效果。     

反相细乳液法制备二氧化硅空心微球

利用反相细乳液法以硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,成功制备了二氧化硅空心微球.对影响空心微球粒径大小、单分散性的影响因素如表面活性剂、硅源的用量,陈化过程中的搅拌速度进行了初步的探索.通过大量的实验,得出VTEOS=0.75mL,VTween80=200μL,VSpan80=400μL;在陈化搅拌阶段,先以v=600r/min的速度搅拌6h,然后以v=300r/min的速度搅拌6h,最终静置12h.在该条件下能够得到比较好的空心二氧化硅微球.     

复合二氧化硅气凝胶的制备及去除石油烃效果

采用常温常压溶胶 凝胶法掺杂纤维制备气凝胶, 以水体中总石油烃（TPH）为目标污染物, [JP2]确定天然硅酸盐材料复合二氧化硅气凝胶的最佳制备条件. 实验结果表明： 以TPH为目标污染物, 凹凸棒石纤维复合气凝胶制备工艺最佳原料配比为V(正硅酸乙酯)∶V(无水乙醇)∶m(凹凸棒石)∶V(H₂O)∶V(HF)=5∶15∶0.3∶2.5∶0.3, 制备环境温度为室温, 不调节反应体系pH值; 该条件下制备的复合气凝胶对水体中TPH的去除率为88.57%.     

二氧化硅气凝胶的纳米结构与分形特性

二氧化硅气凝胶是溶胶－凝胶法经超临界干燥工艺制得的新型轻质纳米多孔材料。用ＢＥＴ、ＳＥＭ、ＳＡＸＳ等手段研究了其纳米结构，发现不同催化剂条件下制备的气凝胶纳米结构不同，且具有不同的分形特征，同时，对干燥过程、陈化过程等对气凝胶纳米结构的影响也作了研究与讨论。     

二氧化硅气凝胶最佳表面改性条件的研究

采用共前躯体法和衍生法两种改性方法,选用甲基三甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷、六甲基二硅烷三种疏水试剂,对二氧化硅气凝胶的表面改性进行了研究.结果表明,选用三甲基氯硅烷为疏水试剂通过衍生法在浓度为10%(V/V)改性12 h得到的二氧化硅气凝胶物理性能和疏水性能良好.     

反相微乳液聚合制备聚丙烯酰胺水凝胶微球研究

以油酸/Span20/OP10为复合乳化剂,柴油为连续相,采用反相微乳液聚合制备了聚丙烯酰胺水凝胶微球.通过微乳面积等值图、拟三元图确定出体系中乳化剂最佳比例为w(油酸)∶w(Span)∶w(OP10)=41∶31∶28;在最佳聚合点处,油相、乳化剂相、水相分别占体系质量的34.62%,15.38%,50.00%.应用冷冻蚀刻透射电子显微镜、扫描电子显微镜及动态光散射分别对聚合前后的微乳液体系进行表征,可以看出聚合前微乳液中存在大量反胶束(团)(10nm以下)及溶胀胶团(约50nm)结构,聚合后得纳米级水凝胶微球,前后尺寸相差不大.同时测定油酸/Span20/OP10复合乳化剂水溶液与桩西原油之间的界面张力并与反相微乳聚合常规乳化剂的结果进行对比,发现前者界面张力较低,能够起到驱油用表面活性剂的作用.     

CO_2超临界干燥制备SiO_2气凝胶及其表征

以正硅酸乙酯为原料,应用溶胶—凝胶两步催化法制备SiO2醇凝胶,醇凝胶用CO2超临界干燥后得到SiO2气凝胶.以比表面积和密度为评价标准,以CO2流量、超临界温度、干燥时间和超临界压力为实验因素,设计了四因素三水平的正交实验,研究CO2超临界干燥的工艺条件,并运用SEM、TEM、BET、FTIR对SiO2气凝胶结构、形貌及化学组成进行分析.结果表明：优化的工艺条件为CO2流量12 kg.h-1,干燥压力13 mPa,超临界温度45℃,干燥时间6 h.制得SiO2气凝胶的比表面积为927.37 m2.g-1,密度是0.195 6 g.cm-3,由球形纳米颗粒堆积而成,颗粒尺寸范围在0～20 nm左右,孔径分布主要集中在10 nm左右,是典型的纳米孔材料.     

硅石气凝胶的吸水性能

用正硅酸乙脂为硅源,采用溶胶-凝胶二步法结合CO2超临界干燥制备了经三甲基氯硅烷表面修饰和未经表面修饰的硅石气凝胶.对两类硅石气凝胶的吸水性进行了研究,同时研究了热处理温度对未经表面修饰硅石气凝胶吸水性的影响.结果表明:经三甲基氯硅烷修饰的硅石气凝胶具有优良的疏水性能.未经表面修饰的硅石气凝胶,随热处理温度的升高,300～500℃范围内吸水率快速增加,500～700℃范围内吸水率变化不大,800℃以上吸水率再次增加,1000℃热处理后,由于样品的玻璃化,吸水率又快速下降.     

介孔SBA-15/SiO2气凝胶硅-硅复合材料的制备和性能

以有序介孔二氧化硅颗粒SBA-15 为添加剂,利用酸碱两步法制备 SBA-15/SiO2气凝胶硅- 硅复合材料. 研究SBA-15添加量对气凝胶复合材料的形成过程和性能的影响,采用扫描电镜和氮气吸附-脱附对样品的结构进行表征,并测试其力学性能和热导率. 结果表明:少量有序介孔二氧化硅材料SBA-15的加入能大大缩短二氧化硅气凝胶形成时间,提高气凝胶复合材料的力学性能,并保持较低的热导率,而材料的比表面积仅略有下降.     

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。     

SiO2气凝胶的常压制备与表面改性

以水玻璃为硅源,甲酰胺为催化剂,乙二醇为干燥控制化学添加剂(DCCA),采用溶胶-凝胶法常压下干燥制备了硅石气凝胶粉体.研究发现:微过量的甲酰胺,有利于高孔隙率气凝胶的合成;过量的乙二醇的引入不利于低密度气凝胶的形成;pH值对合成气凝胶的性质也有较大的影响.经二甲基二乙氧基硅烷(DMDEOS)表面改性处理后的气凝胶表现出了很好的疏水性能.采用傅里叶变换红外分析(FTIR)、热重分析(TG)、示差扫描量热分析(DSC)等对疏水型气凝胶的结构和性能进行了研究.     

TiO2/SiO2复合粉体的简易研磨法制备

以硫酸氧钛为钛源,以硅酸钠为硅源,采用简易研磨法制备了比纯TiO2光催化剂表面活性强,光催化性能高的TiO2∕SiO2复合物。借助X射线衍射(XRD),差热分析(TG-DTA)和Fourier变换红外光谱(FTIR)对该复合物进行表征,以活性大红的光催化降解反应对复合物的光催化活性进行评价。制备复合物的最佳条件：硫酸氧钛与硅酸钠的质量比为1:1,煅烧温度为500℃。对于初始质量浓度为50㎎／L的20mL活性大红溶液,当复合物加入量为0.10g时,紫外光下降解60min后活性大红降解率为98.3%,相同条件下TiO2对活性大红的降解率为96.5%。廉价的原料,简易的制备方法,极高的光催化降解效率,可以降低废水处理成本。     

酸催化二氧化硅溶胶的制备及稳定性研究

以正硅酸乙酯、水、乙醇为原料，硝酸为催化剂，制备了SiO2溶胶．研究了pH值、水量、乙醇量、反应温度、反应时间以及溶胶陈化温度等因素等对SiO2溶胶稳定性的影响，以便实现对二氧化硅溶胶稳定性的控制．实验结果表明，随着体系pH值的升高、乙醇量的增大，溶胶的凝胶时间延长，溶胶的稳定性也增强．随着体系水量的增加，溶胶的稳定性先减小后增大，在水酯摩尔比Rw=7．2时，溶胶的稳定性达到最小；随着反应温度的升高、反应时间的延长，溶胶的稳定性降低；采用较低的陈化温度有利于提高溶胶的稳定性．在溶胶粘度发生急剧变化之前溶胶是相对稳定的．     

低密度二氧化硅气凝胶微观结构与隔热性能表征

以正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法及超临界流体干燥技术制备了密度为11kg/m³的低密度二氧化硅气凝胶块体材料,并与密度为25kg/m³和38kg/m³的二氧化硅气凝胶块体材料进行性能对比。采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、BET等检测方法对样品的微观结构进行表征,对比了不同密度低密度气凝胶的微观结构,并测试了不同温度下的导热系数。结果表明：相比于密度更大的气凝胶材料,11kg/m³低密度气凝胶具有更为纤细的骨架结构和更大的孔洞尺寸,以及较小的比表面积,室温条件下具有最大的导热系数;在气凝胶密度小于40kg/m³的范围内,呈现出密度越小,导热系数越大的规律。     

Improving thermal insulation of TC4 using YSZ-based coating and SiO2 aerogel

In this paper, air plasmas spray(APS) was used to prepare YSZ and Sc2O3–YSZ(Sc YSZ) coating in order to improve the thermal insulation ability of TC4 alloy. Si O2 aerogel was also synthesized and affixed on TC4 titanium alloy to inhabit thermal flow. The microstructures, phase compositions and thermal insulation performance of three coatings were analyzed in detail. The results of thermal diffusivity test by a laser flash method showed that the thermal diffusivities of YSZ, Sc2O3–YSZ and Si O2 aerogel are 0.553, 0.539 and 0.2097 10 6m2/s, respectively. Then,the thermal insulation performances of three kinds of coating were investigated from 20 1C to 400 1C using high infrared radiation heat flux technology. The experimental results indicated that the corresponding temperature difference between the top TC4 alloy(400 1C) and the bottom surface of YSZ is 41.5 1C for 0.6 mm thickness coating. For 1 mm thickness coating, the corresponding temperature difference between the top TC4 alloys(400 1C) and the bottom surface of YSZ, Sc YSZ, Si O2 aerogel three specimens is 54, 54.6 and 208 1C, respectively. The coating thickness and species were found to influence the heat insulation ability. In these materials, YSZ and Sc YSZ exhibited a little difference for heat insulation behavior. However, Si O2 aerogel was the best one among them and it can be taken as protection material on TC4 alloys. In outer space,Si O2 aerogel can meet the need of thermal insulation of TC4 of high-speed aircraft.     

微乳液法制备纳米二氧化硅

制备 OP-10/正辛醇/环己烷/氨水微乳液.在该微乳液中,由正硅酸乙酯在碱性条件下受控水解反应制备了 SiO2纳米粒子.通过红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)分别对样品结构及形貌尺寸进行了表征.探讨了水与表面活性剂摩尔比(R)、水与正硅酸乙酯摩尔比(H)对SiO2纳米粒子粒径的影响.结果表明制备的SiO2粒子为无定型球形颗粒,粒径为 80～105nm,SiO2纳米粒子粒径随着R和H的增大而增大.