SiO2 气凝胶常压干燥工艺与隔热应用进展

综述了SiO2气凝胶常压制备技术及其复合隔热材料的最新研究进展。着重介绍了提高凝胶网络基架强度、添加干燥控制化学添加剂、表面改性、降低毛细管力等几种SiO2气凝胶常压干燥工艺,并回顾了几种SiO2气凝胶复合隔热材料的应用现状。     

SiO_2气凝胶材料的制备、性能及其低温保温隔热应用

由于SiO2气凝胶独特的纳米多孔结构,使其具有诸多其他材料所不能比拟的优异性能,比如极高的孔隙率和比表面积、极低的热导率及密度等特性。这些优异的性能使得SiO2气凝胶在高效保温隔热、隔声等领域具有极大的应用潜力。本文阐述了SiO2气凝胶的溶胶-凝胶制备过程及其机理,分别对SiO2气凝胶的热学、力学、光学和疏水性能的研究进展进行了概述,同时分析了气凝胶的微观结构与上述性能之间的关系,并介绍了SiO2气凝胶在低温保温隔热领域的应用现状和前景。     

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.     

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...     

有机基团改性SiO2 气凝胶研究进展

总结了有机基团改性SiO2 气凝胶的国内外最新研究进展,重点评述了接枝法和引入法改性SiO2气凝胶的原理、方法及材料性能特点,并对改性SiO2 气凝胶的未来进行了展望。     

柔性二氧化硅气凝胶综述

二氧化硅气凝胶具有低密度、高孔隙率、高比表面积、低导热性等特点,但存在强度低、韧性差等缺陷。在此基础上,柔性二氧化硅气凝胶通过改进传统二氧化硅气凝胶的制备工艺表现出了更优的力学性能与适用性。本文综述了国内外柔性二氧化硅气凝胶的最新研究进展,分析对比了不同类型气凝胶的性能参数;重点介绍了柔性二氧化硅气凝胶常用的制备方法,如前驱体改性法、聚合物改性法和纤维增强法。其中前驱体改性法通过对硅源种类的选择和组合,较容易实现气凝胶材料的微观结构与性能的设计,是目前制备柔性二氧化硅气凝胶的主要方法以及研究的热点内容。此外,总结了柔性二氧化硅气凝胶在保温隔热、油水分离、高效隔音领域的应用;同时对其发展前景进行了展望。     

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气凝胶骨架增强改性研究进展

分析SiO_2气凝胶骨架增强改性的特点,阐述了共前驱体、化学添加剂、老化、表面改性和热处理工艺在SiO_2气凝胶骨架增强方面的国内外研究动态和未来发展趋势,以期为设计并优化SiO_2气凝胶的微结构及性能提供理论依据和方法。     

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.     

碳气凝胶的传热规律及其在防隔热中的应用

综述了碳气凝胶耐超高温隔热材料的传热特性,分析了传热各组成部分的大小及影响因素,提出作为防隔热应用的碳气凝胶应具有的微观结构.介绍了碳气凝胶的在防隔热应用方面的研究进展及其未来需要解决的问题.     

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。     

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。     

气凝胶骨架固相热导率的分子动力学模拟

基于分子动力学理论和模拟的算法,构建了非晶态二氧化硅模型以及初级粒子模型,研究了外界环境条件和气凝胶内部结构的变化对气凝胶固相热导率的影响规律。得到了300、500、800、1200K四种环境温度下二氧化硅气凝胶材料的固相热导率,材料的固相热导率随着环境温度上升略有增加。同时探讨了初级粒子内部缺陷对骨架固相热导率的影响,一定孔隙率范围内,随着孔隙率的增加材料的固相热导率降低,当孔隙率逐渐增加至0.26后,模型能够很好地表征实际情况。所建立的非晶态气凝胶模型及算法对该类材料的微尺度传热分析及结构设计具有借鉴价值。      

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.     

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。     

刚性隔热材料的力学性能

采用纤维烧结法制备了刚性隔热材料,研究了材料密度、纤维取向、测试温度、与气凝胶复合等因素对材料力学强度的影响规律.结果表明:隔热材料力学强度随着密度的提高而增加;隔热材料平面方向拉伸和压缩强度均达到厚度方向的4倍以上;800和1 000℃下,材料的压缩强度保持率分别达到90%和50%;与气凝胶复合后隔热材料在拉伸强度维持不变的情况下,压缩强度增加35%以上.     

航天飞行器热防护系统及防热材料研究现状

随着航天技术发展,飞行器的飞行速度更快,服役环境更加恶劣,有效的热防护系统是保证飞行器安全飞行的关键系统之一。本文综述了被动防热系统、主动防热系统和半被动防热系统3类热防护系统在航天飞行器上的应用现状,重点介绍了金属基复合材料、碳基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料和气凝胶材料,5类防热材料在航天领域的应用发展情况,并提出了航天飞行器未来热防护的发展趋势。     

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...     

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。