材料表面改性作业--鲁明

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1、二氧化硅气凝胶的表面改性及热稳定性的研究Surfacemodification of silicaaerogels and thermalstability材料科学与工程学院材料科学系11级三班鲁明11S009078摘要：采用溶胶一凝胶法在常压下经三甲基氯硅烷改性后成功制备出了疏水性二氧化硅气凝胶，并通过红外光谱(IR)、接触角的测定和差热一热重(DTA-TG)分析方法对二氧化硅气凝胶改性前后的化学成份、疏水性能和热稳定性进行了研究．结果表明，经改性后的样品确实为疏水性二氧化硅气凝胶，热稳定性良好，可承受1100℃的高温，足以满足航空、航天以及民用工业中对超级隔热保温材

2、料的要求．关键词：二氧化硅气凝胶；表面改性；热稳定性Abstract: The sol-gelmethodatatmosphericpressureand bytrimethylchlorosilanemodified successfully prepared hydrophobicsilica airgel, and by infraredspectroscopy(IR), contactangle measurementand differential heat of a hotweight (DTA-TG) analysismethods on the chem

3、icalcompositionof silicaairgel beforeandaftermodification, thehydrophobicproperties andthermal stability. The resultsshowthat the modified samplesisindeed hydrophobic silicaairgel,thermal stability, canwithstand the highsufficienttomeetthe requirements on the super-insulationmaterialsin 

4、theaviation,aerospace and civil industries.Keywords: silicaairgel; surfacemodification; thermalstability一背景美国宇航局科学家研制出的SiO2气凝胶，密度仅为3kg·m-3，作为世界最轻的固体，已人选吉尼斯世界纪录．其独特的三维网络结构、气体分散介质以及纳米量级的固体相和孔隙结构使其具有独特的物理化学性质[1,2,3]，如:在固体材料中它的密度最低、热导率最小、声传递速度最低、孔隙率最高(可达99．8％)，比表面积较高(可达1000m2·g-1)、热稳定性好等等．因此

5、作为透明隔热保温材料可用于建筑墙材、保温窗[4,5]、太阳能集热器、太阳能房子和航天航空器上理想的隔热层[6,7]等；在光学方面的应用可用于制造特殊环境使用的透镜、Cerenkov探测器[9]；在电学方面可作为双层电化学电容器和高效可充电电池的电极材料[10]；另外在声学[11]、催化医学和生命科学[12]等领域都表现出很好的应用价值．所以对SiO，气凝胶的研究成为一个热点问题，但是经水解一聚合得到的亲水性气凝胶对水有很强的吸附性且其表面毛细管压力较大，从而破坏其独特的三维骨架结构．Rao[13]、王云芳[14]等对气凝胶的改性都进行了一定的研究；李云辉等[15]对疏水

6、性SiO2气凝胶的性能也进行了表征；PriyaSharma等[16]对流体在气凝胶中的热传导性能进行了研究，但并未对纯疏水性Si0'气凝胶的最高承受温度做明确报道.本文用TMCS作为表面改性剂对SiO2气凝胶表面进行了疏水改性，并重点研究了改性后气凝胶的热稳定性.二实验（1）实验试剂及仪器TEOS、N，N一二甲基甲酰胺、三甲基氯硅烷(TMCS)、乙醇(EtOH)、草酸、氨水均为分析纯;水(H2O)为超纯二次蒸馏水.BIO一RADFIS型傅立叶变换红外光谱仪，D-X型接触角测定仪,美国TA公司生产的SDT1960型差热分析仪．（2）疏水性SiO2气凝胶样品的制备将TEOS

7、、EtOH和H2O按一定摩尔比混合采用两步溶胶--凝胶法进行水解--缩聚反应，用草酸调节至一定pH值，使反应在酸性条件下水解，水解完全后，再加入控制干燥的化学添加剂(DCCA)N，N一二甲基甲酰胺，在磁力搅拌下用氨水调节混合液至一定pH值，使混合液在碱性条件下缩聚至形成凝胶为止.静置、老化、溶剂交换后加入一定量一定浓度的三甲基氯硅烷的正己烷溶液进行化学表面改性以置换凝胶表面的亲水基团-OH得到疏水性SiO2气凝胶.最后在不同温度下分级干燥得到干燥固体样品．三结果分析与讨论（1）化学成份分析通过分析SiO2气凝胶的红外光谱图(IR)确定所得