低密度SiO2气凝胶复合材料的制备及性能研究文献综述
2020-04-10 04:04
文 献 综 述
1 引言
随着现代经济发展,能源的需求越来越大,但是可用能源越来越少,价格越来越高,这些都制约了经济的发展,为了缓解能源危机,越来越多的人开始重视节能减排。二氧化硅气凝胶因为其轻质、保温、隔热的性能在航天、化工、冶金、节能建筑等领域越来越受到大家的重视与研究。现在,气凝胶已被广泛应用于声阻抗耦合材料[1],催化剂及载体[2],高效隔热材料[3]、制备高效可充电电池[4]以及激光聚变靶材料[5]等领域。但因为纯二氧化硅的低密度、高孔隙率的特点使它的力学性能急剧下降,气凝胶强度低、脆性大[6]让气凝胶难以运输、处理和应用,限制了它的商业发展,增强气凝胶的韧性和强度得到大家的广泛重视。本文对主要对二氧化硅气凝胶材料及其低密度材料进行了综述。
2 二氧化硅气凝胶材料
2.1概述
二氧化硅气凝胶是一种具有纳米结构的多孔材料。有密度低(可低至3kg/m3)、比表面积大(达800~1000m2/g)、孔隙率高(达80~99.8%)、声速低(lt;100m/s)以及绝热性能好等特点[7-9]。在力学、声学、热学、光学和电学等诸方面均得到广泛应用。
1931年Kistle[10]用硅酸钠当做硅源,在盐酸的催化下,制备了水凝胶,通过溶剂置换和乙醇超临界干燥,制备了SiO2气凝胶。此后几年他详细的研究了SiO2气凝胶的特性,并制备了许多其它的气凝胶材料,如:Al2O3、WO3等[11]。但是,这并没有引起其他人的重视,直到60年代,Teichner[12]的研究才使气凝胶的制备有了很大的发展,选用有机物#8212;正硅酸四甲酯(TMOS)作为二氧化硅的原料制备硅气凝胶、甲醇为溶剂,加人一定量的水和催化剂,使之发生水解和聚合反应,直接生成醇凝胶,因而不需要长时间的溶剂交换,通过醇的超临界干燥便可获得性能良好的气凝胶材料。TMOS有毒,直到到1986年,Russog R选用正硅酸四乙酯(TEOS)和乙醇替代正硅酸四甲酯和甲醇同样成功的制备出硅气凝胶。1989年,Pekala[13]首次合成有机气凝胶,以间苯二酚和甲醛为原料,经溶胶-凝胶聚合、溶剂置换和超临界干燥首次成功的制备了间苯二酚甲醛有机气凝胶,碳化后得到炭气凝胶。到90年代,气凝胶成为全球研究热点。目前,已研制的气凝胶多达几十种,包括炭气凝胶、无机气凝胶、复合气凝胶。
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