SiO2氣凝膠的制備及其應(yīng)用

SiO2氣凝膠的制備及其應(yīng)用（可達(dá)，超低的導(dǎo)熱系數(shù)〔可低至（（約1]，[4-7]。氣凝膠分類SiO2廣泛的氣凝膠，也是目前唯一實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的氣凝膠。SiO2氣凝膠制備SiO2氣凝膠一般采用溶膠凝膠法制備。其原理是將硅源（又稱“”）SiO2濕凝SiO2氣凝膠，1所示。（（（、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷）等；無(wú)機(jī)（（l、乙酸（、草酸（、氫氟酸（）和檸檬酸等；堿性催化劑主要有：氨水、氫氧化鈉）和尿素（甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇等）和丙酮等。SiO2濕凝膠制備水解過程在水解過程中，烷氧基硅烷中的硅氧烷基與（O—）發(fā)生反應(yīng)，生成硅羥基—。水解過程的進(jìn)4—）3—Si—OH和ROH（SiOR）4和RO-基團(tuán)，如圖2所示?？s合聚合反應(yīng)在酸性催Si—O+Si—OHSi—OR基團(tuán)，并發(fā)生電子云遷移，發(fā)生脫水或脫醇聚合，形成三維分子網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)的SiO2SOH絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)的SiO23所示。Si（OR）4SiO23個(gè)Si（OR）4初級(jí)粒子成長(zhǎng)；③凝膠粒子相互鏈接，并進(jìn)一步交聯(lián)形成SiO2濕凝膠。在濕凝膠制備過程中，硅源、催化劑濃度、溶劑的種類、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、pH值等均可實(shí)現(xiàn)對(duì)SiO2濕凝膠骨架結(jié)構(gòu)的微觀調(diào)控。SiO2濕凝膠的老化SiO2三維分子網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)中含有大量的活性羥基-O-OH還會(huì)進(jìn)一步發(fā)生交SiO2凝膠網(wǎng)絡(luò)骨架為串珠狀SiO2收縮。研究表明，溫度和老化時(shí)間是老化過程的主要影響因素，提高老化溫度或延長(zhǎng)老化時(shí)間均可使?jié)衲z老化更完全，骨架結(jié)構(gòu)更牢固。另外，添加老化介質(zhì)也可以起到改善孔隙結(jié)構(gòu)及分布的作用。表面改性SiO2濕凝膠在老化以后和干燥以前一般要經(jīng)過表面改性處理，主要原因在于：①SiO2-OH的結(jié)構(gòu)。②SiO2-OH-OH塌現(xiàn)象。SiO2濕凝膠進(jìn)行改性，即在氣凝膠-OH有效抑制干燥過程中-OH發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，增強(qiáng)凝膠網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)SiO2氣凝膠的收縮率。常用的表面改性劑主要包括：六甲基二硅氮烷（等。是目前使用最多的表面改性劑，其原理是TMCS與凝膠2。溶劑置換SiO2濕凝膠的干燥過程中，導(dǎo)致氣凝膠收縮坍塌的主要原因所示。干燥SiO2濕凝膠的干燥過程實(shí)際上是絡(luò)中溶劑替換為空氣的過程，SiO23種。超臨界干燥SiO2氣凝膠方法，也是目前國(guó)內(nèi)外最SiO2濕凝膠置SiO2氣凝2所示。SiO22SiO2氣凝膠應(yīng)用最多的干燥介質(zhì)。常壓干燥SiO2氣凝膠的制備SiO2氣凝膠進(jìn)行干燥的方法，具有工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、操作便利、成本低、安全性好等SiO2氣凝SiO2也是研究與應(yīng)用最多的領(lǐng)域之一。①溶劑置換。選擇低表面張力的溶劑對(duì)SiO2濕凝膠進(jìn)行充分置換，有效降低干燥過程中產(chǎn)生的毛細(xì)管力。②Si-OHSi-OH③SiO2凝膠骨架中大孔基氫氧化銨等。④度和剛性，使之能在常壓條件下抵抗毛細(xì)管力的作用。冷凍干燥冷凍干燥無(wú)氣-液兩相界面出現(xiàn)，是將內(nèi)含溶劑的SiO2濕凝膠先降溫至玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度或共晶點(diǎn)下，使其迅速冷凍，然后孔洞中的溶劑在真空條件下升華脫出。冷凍干燥存在能耗大、成本高、周期長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)不完整等缺點(diǎn)，其應(yīng)用受到較大的限制。SiO2氣凝膠的應(yīng)用SiO2生物醫(yī)藥、電子工業(yè)、吸附與催化等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。航空航天領(lǐng)域SiO2SiO2氣凝膠的三維網(wǎng)狀骨架和孔結(jié)SiO2氣凝膠在航空航建筑節(jié)能領(lǐng)域體等。石油化工領(lǐng)域SiO2氣凝膠具有極低的固相熱傳導(dǎo)和氣相熱傳導(dǎo)，同時(shí)還著廣泛的應(yīng)用，包括石油運(yùn)輸、工業(yè)管道、化工設(shè)備等。生物醫(yī)藥領(lǐng)域SiO2SiO2體上的吸附與釋放具有重要應(yīng)用價(jià)值。電子工業(yè)領(lǐng)域SiO21.008，是目前世界上最輕的和介電常數(shù)最低的固體材3倍以上。此外，SiO2氣凝膠還可以用作光導(dǎo)纖維的內(nèi)部芯材、電容器的濾波器、航天透波材料、細(xì)網(wǎng)光電管中數(shù)字指示裝置等。吸附和催化領(lǐng)域SiO2氣凝膠具有獨(dú)特的納米孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)還具有較高的孔SiO2氣凝膠不僅可以吸附空氣中、一氧化氮、一氧化碳O（H2S）等揮發(fā)性物質(zhì)，還可以吸收油類等有機(jī)化合物。作為催化劑的活性載體，SiO2氣凝膠可使催化劑活性組分非常均勻的分散于其和使用效率等性能均得到有效的提升。其他領(lǐng)域SiO2氣凝膠的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)毒無(wú)害、高比表面積等性SiO2氣凝膠在某些尺度的結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出典型的縮放對(duì)稱性，這種特氣結(jié)語(yǔ)SiO2SiO2氣凝膠存在力學(xué)性能差、生產(chǎn)成本高等問題，其