莫来石纤维增强疏水SiO2气凝胶的制备

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,三甲基氯硅烷(TMCS)为改性剂,经老化、表面疏水改性,常压干燥制备了莫来石纤维增强SiO2气凝胶隔热材料.用FT-IR、SEM、TG-DSC对其疏水特性及结构进行表征.结果表明:经常压干燥制备的莫来石纤维增强SiO2气凝胶隔热材料,微观上具有典型的气凝胶结构特征,宏观上保持其功能材料的完整性.     

耐高温气凝胶隔热材料

介绍了气凝胶的基本特点,重点介绍了SiO2气凝胶、ZrO2气凝胶、Al2O3气凝胶、Si-C-O气凝胶隔热材料的耐高温性能,并对耐高温气凝胶的发展方向进行了展望。     

SiO2气凝胶制备及疏水改性研究

采用六甲基二硅氮烷(HMDZ)和六甲基二硅氧烷(HMDSO)为表面改性剂,对正硅酸乙酯(TEOS)经溶胶-凝胶过程制备的凝胶进行表面改性,大幅度简化了洗涤过程,常压干燥制备了疏水SiO2气凝胶,并研究了表面改性剂对SiO2气凝胶结构和性能的影响.结果表明,所制备的疏水SiO2气凝胶有良好的疏水性能,吸附水量低于3%,与水的接触角大于130°;疏水SiO2气凝胶的密度、比表面积和孔隙率分别为150～225 kg/m3、750～900 m2/g和88%～93%,其颗粒尺寸为1～100 nm.     

纳米隔热材料导热机理与特性研究

以SiO2气凝胶为研究对象,对其气相和固相导热机理进行了研究,进而为SiO2气凝胶材料传热设计提供理论指导.建立了SiO2气凝胶固相结构单元导热模型,在考虑对声子平均自由程的各种限制条件基础上,运用动力学理论分析了影响SiO2气凝胶固相结构单元热导率的影响因素.根据SiO2气凝胶微观结构特点,建立了几种纳米孔隙模型,计算了各种条件下SiO2气凝胶的当量热导率,研究了SiO2气凝胶各物性参数对其当量热导率的影响,并对比了几种纳米孔隙模型下SiO2气凝胶的当量热导率,并与实验值做了比较.     

硅酸钙复合纳米孔超级绝热板材的研制

以正硅酸乙酯为硅源,利用溶胶-凝胶法制备SiO2气凝胶先驱体,而后采用真空浸渍工艺将SiO2气凝胶先驱体与硬硅钙石复合,最后经超临界干燥技术制备出了硅酸钙复合纳米孔超级绝热板材。研究了硬硅钙石密度、浸渍真空度、气凝胶原料配比对硅酸钙板材增重率的影响。结果表明,增重率随硬硅钙石密度的减小而增大,但随浸渍真空度和气凝胶原料配比中正硅酸乙酯的增加而增大。对制得的超级绝热板材进行了X射线衍射、扫描电镜、孔径分布等测试;结果表明,这种材料具有纳米孔结构特征(平均孔径为9.1 nm,孔径小于50 nm的孔超过80%,其他都在80 nm以内),常温常压下热导率为25 mW/(m.K),匀温灼烧试验(1 273 K)的线性收缩率仅为1%,并且无贯穿裂纹。因此有望用作航天飞机的隔热瓦,具有潜在的航天应用前景。     

气凝胶隔热材料制备及航天热防护应用研究进展北大核心CSCD

我国航天事业的不断发展对航天器热防护材料提出了更高的要求,气凝胶作为一种纳米网络多孔材料,因其纳米尺度效应,具有超级隔热性能,是近年来超级隔热材料研究的热点和前沿。本文以航天热防护应用为背景,综述了气凝胶隔热材料近十年来的研究进展,包括无机氧化物气凝胶、有机气凝胶、炭气凝胶、碳化物气凝胶隔热材料等,以及其制备方法、隔热性能和热防护应用现状,结合当前航天领域需求和气凝胶隔热材料研究的难点问题,提出气凝胶隔热材料的未来发展方向。     

SiO2 改性ZrO2 气凝胶高温稳定性

以ZrOCl2·8H2O 为锆源,以环氧丙烷( PO) 为凝胶促进剂制备ZrO2 凝胶,将ZrO2 凝胶置于正硅
酸乙酯乙醇溶液中老化,再结合高温超临界干燥工艺制备了SiO2 改性ZrO2 气凝胶。通过对比ZrO2 气凝胶和
SiO2 改性ZrO2 气凝胶高温结构转变讨论了SiO2 改性对ZrO2 气凝胶高温结构的影响。采用FT-IR、XRD、SEM
和TEM 等分析手段对样品进行高温结构表征。结果表明:采用正硅酸乙酯乙醇溶液老化ZrO2 凝胶后,在ZrO2
凝胶粒子表面形成了一层SiO2 包裹层,这层SiO2 包裹层显著抑制了ZrO2 的扩散、成核和生长过程,高温稳定
性得以显著提高。     

SiO2气凝胶制备条件正交优化设计及其热物性

利用溶胶-凝胶酸碱两步催化法和超临界干燥法制备了SiO2气凝胶.反应物的配比是影响SiO2气凝胶制备最主要的因素.为了得到热导率最小、密度最小的SiO2气凝胶,本文设计了一个4因素、3水平的正交实验确定去离子水、无水乙醇、HCI和氨水等反应物与正硅酸乙酯(TEOS)的摩尔比.同时为了保证所有实验均能在相同条件下发生,确定了其他实验参数.结果表明:SiO2气凝胶制备的最优反应摩尔配比为TEOS:去离子水:无水乙醇:HCl:NH3·H2O=1:4.5:10:0.0005:0.0018.这将为进一步探讨SiO2气凝胶制备工艺优化和热物性设计提供参考依据.     

纳米孔超级绝热材料研究现状及进展

纳米孔超级绝热材料是一种新型高效隔热材料,具有轻质、耐高温、孔隙率高、导热率低等优点,
目前已成为保温隔热材料领域研究的热点,其中最具代表性的是气凝胶隔热材料和纳米粉末基复合隔热材料。
本文对这两种隔热材料的研究现状进行了综述,并对纳米孔超级绝热材料发展前景进行了展望。     

纳米孔隔热材料等效热导率的计算

通过文献调研,分别讨论了纳米孔高效隔热材料在微米尺度和纳米尺度下气体导热,纳米尺度孔结构气固耦合等效热导率,添加遮光剂颗粒的气凝胶复合等效热导率和高温辐射等效热导率的计算方法.在此基础上,调研了用于计算流固耦合等效热导率计算的几种典型理想结构,结合对纳米孔高效隔热材料等效热导率有影响的各种因素及微米理想结构,采用热阻串并联的分析方法,可以计算纳米孔高效隔热材料的等效热导率.     

柔性SiO2 气凝胶的制备

以甲基三乙氧基硅烷为前驱体,通过溶胶-凝胶法和超临界干燥制备块状柔性SiO2气凝胶.研究了前驱体浓度对材料化学组成、微观结构及柔韧性、热稳定性的影响.结果表明,甲基的存在降低了分子网络的交联密度,赋予了材料柔韧性.随着前驱体浓度降低,微观结构中颗粒堆积紧密程度下降,材料的柔韧性增强;同时分子中硅羟基增多,热稳定性提高.     

纳米孔ZrO_2气凝胶的制备研究

以硝酸氧锆(ZrO(NO3)2.5H2O)为原料,采用水热法和超临界干燥技术制备了ZrO2气凝胶.利用SEM和BET等测试手段对所得气凝胶的结构和孔特征进行表征,分析了孔隙分布情况和孔结构.结果表明:气凝胶具有典型的纳米孔隙结构,孔径5＜Dp＜60nm,比表面积达916.5m2/g,孔分布均匀.对ZrO2凝胶过程进行了探讨.     

溶胶共凝法制备准连续密度梯度SiO2气凝胶

针对气凝胶在航空航天领域的应用需求,为了进一步拓展单一密度气凝胶的应用范围,对密度梯度SiO2气胶的制备进行了研究.采用自建密度梯度制备成型装置,以正硅酸乙酯为有机硅源,经溶胶共凝工艺,结合CO2超临干燥技术,获得密度范围在60~160 mg/cm3的准连续密度梯度SiO2气凝胶.采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X线相...     

热处理对块状氧化铝气凝胶微观结构的影响

以AlCl_3·6H_2O为前驱体,无水乙醇和去离子水的混合溶液为溶剂,环氧丙烷为凝胶网络诱导荆,通过溶胶-凝胶技术制备得到溶胶,再经超临界干燥制备出块状氧化铝气凝胶.采用SEM、TEM、XRD、BET等手段,对氧化铝气凝胶在不同热处理温度下的微观结构进行了对比和分析.结果表明,氧化铝气凝胶的主要成分为多晶勃姆石相,微观结构由许多叶片状纤维堆积形成,经500和1 000℃热处理后成块性未受到明显的影响,比表面积各为429和174 m~2/g.在20～1000℃内,氧化铝气凝胶发生了由多晶态勃姆石相→γ-Al_2O_3→δ-Al_2O_3的相转变.     

氧化硅气凝胶粉体材料力学性能的多尺度模拟

基于氧化硅气凝胶粉体材料内部的微结构特征,建立了能反映其特征结构的多尺度力学模型,利
用分子动力学方法模拟了氧化硅气凝胶的纳米多孔结构和拉伸性能,进一步利用离散元方法模拟了粉体材料
的模压成形和多轴压缩应力-应变曲线。分子动力学模拟表明,气凝胶密度越低,其分形维数越小。此外,离
散元模拟表明,氧化硅气凝胶粉体材料的弹性模量比对应的氧化硅气凝胶弹性模量低,压缩强度比对应气凝胶
的拉伸强度高;随着围压的增加,氧化硅气凝胶粉体材料的压缩强度增加。     

空间探索用梯度密度气凝胶的合成与应用进展

气凝胶是空间探索领域的关键功能材料.系统介绍了单一密度气凝胶和梯度密度气凝胶材料的分类、合成方法、复合工艺、特殊性能及其在空间探索领域的应用.其中,梯度密度气凝胶材料的合成是国际上的技术难点,笔者结合自身研究将其复合方式分为早期方法、分层粘贴法、逐层凝胶法和梯度溶胶共凝胶法,揭示了梯度气凝胶应遵循由单位深度的低差异到高...     

柔性氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备和性能

以正硅酸乙酯为原料,高硅氧纤维为增强体,采用氨水催化一步法制备了柔性的纤维增强氧化硅气凝胶隔热复合材料。当pH=7时,气凝胶的比表面积最大;水含量增大,比表面积降低;乙醇含量增大,比表面积增大,EtOH/TEOS(摩尔比)大于10以上,比表面积增加不明显,趋于稳定。以比表面积较大的气凝胶作为基体的柔性复合材料常温热导率为0.031 W/(m.K)[纯高硅氧纤维毡为0.044 W/(m.K)]。该柔性隔热材料安装方便,特别适用于大面积、不规则形状的包覆隔热。     

低密度气凝胶复合材料的火星环境适应性研究

针对航天器的使用要求,研制了密度≤30 kg/m~3轻质高效的二氧化硅气凝胶复合材料。针对深空探测的应用环境,对低密度气凝胶复合材料在不同条件下的热导率、热循环、热真空和电离总剂量等环境试验进行测试。结果表明,低密度气凝胶复合材料服役温度可达到-145～85℃,在1 kPa CO_2气氛下热导率可达到6.6 mW/(m·K)。获得了不同气氛和不同温度条件下以及同种气氛、不同压力条件下低密度气凝胶复合材料的热导率变化规律,并测试批次性材料热导率,结果表明批次热导率稳定性良好。热循环、热真空和电离辐照试验前后热导率和尺寸收缩率均未变化,表明低密度气凝胶复合材料在深空环境下保持良好的结构和稳定的隔热性能。     

二氧化硅气凝胶的等效热导率理论

应用分子运动论对二氧化硅气凝胶的传热机理进行了研究。根据其微观结构特点,建立了纳米孔隙模型。考虑气体分子间的相互作用力,推导了纳米孔隙内气体的热导率,得到了二氧化硅气凝胶内气体热导率的表达式。建立了二氧化硅气凝胶固相结构单元导热模型,运用分子运动论推导了固相结构的热导率,获得了二氧化硅气凝胶的总体等效热导率。结果表明,影响二氧化硅气凝胶内气体热导率的主要因素是气体的平均分子自由程与分子之间以及分子与壁面之间的相互作用,固相结构单元的直径和接触界面的直径是影响固相结构单元热导率的主要因素,而二氧化硅气凝胶孔隙尺寸的分布严重影响其等效热导率。