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1、Vol133No13化工新型材料第33卷第3期·46·NEWCHEMICALMATERIALS2005年3月二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备与应用11211董志军颜家保涂红兵宋子逵范晓霞(1.武汉科技大学,武汉430081;2.武钢焦化厂,武汉430082)摘要介绍了二氧化硅(SiO2)气凝胶的结构特点及隔热性能;对二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备方法及其应用前景进行总结并作了适当的评述;探讨了该领域今后的研究方向。关键词SiO2气凝胶,超临界干燥,隔热材料Studyingonthepreparationandapplicationofsilicaa
2、erogelcompositesforthermalinsulationDongZhijunYanJiabaoTuHongbingSongZikuiFanXiaoxia(1.WuhanUniversityofScienceandTechnology.Wuhan430081;2.CokingPlantofWuhanIronandSteelCompany,Wuhan430082)AbstractThestructurefeatureandthermalinsulationpropertyofsilicaaerogelareintroducedinthis
3、paper,thenthepreparationmethodsandapplicationperspectiveofSilicaaerogelcompositesforthermalinsulationaresumma2rizedandcommentedproperly,andtheresearchdirectioninthefuturearealsodiscussedfinally.KeywordsSilicaaero2gel,supercriticaldrying,Thermalinsulationmaterial气凝胶的热传导由气态传导、固态传
4、导和热辐的研制。我国在这方面的研究起步比较晚,西安交射传导组成。由于SiO2气凝胶是一种由胶体粒子通大学、同济大学、北京科技大学等单位在气凝胶复或高聚物分子相互交联构成的具有空间网络结构的合材料的制备与运用方面做了大量工作,近10年发轻质纳米多孔材料,其孔隙率高达80%～9918%,表的相关文献有50多篇。本文将追踪国内外SiO2典型孔隙尺寸小于50nm,网络胶体颗粒尺寸3～气凝胶研究发展的历程,对SiO2气凝胶隔热复合材20nm,因而有效地限制了固态热传导和气态热传料的制备与应用研究进行总结并作适当的评述。[1,2]导,使其在常温下具有极低的热导率
5、。气凝胶的1SiO2气凝胶隔热复合材料的制备热辐射为发生在3～5μm区域内的红外热辐射,其热辐射热导率随着温度升高而迅速增加,如果在1.1SiO2气凝胶的制备SiO2气凝胶材料中掺入遮光剂(如炭黑、TiO2等),SiO2气凝胶的制备过程如图1所示,主要包含则由红外热辐射引起的热传导作用将大大减小。这两个阶段,即SiO2湿凝胶的制备及SiO2湿凝胶的种加有遮光剂的粉末状、块状气凝胶在室温常压下干燥。的热导率分别达01018W/m·K和01012W/m·K,制备湿凝胶一般采用溶胶2凝胶法,该方法因反在真空条件下可低达01004W/m·K,是目前隔热性应条
6、件温和、产品纯度高、结构的介观尺寸可以控[3][4]能最好的固态材料,具有其它传统隔热材料无与制、操作简单引起众多研究者的兴趣。所采用的伦比的优越性。因此,从上世纪90年代起,国内外原料主要有3类:材料科学家纷纷致力于SiO2气凝胶隔热复合材料作者简介:董志军(1973-),男,讲师,在读博士,主要从事纳米功能材料的研究。第3期董志军等:二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备与应用·47·图1SiO2气凝胶制备过程示意图[9](1)硅源典型的硅质原料有水玻璃、正硅酸甲等通过低表面张力的非极性溶剂多次置换以减小酯、正硅酸乙酯、多聚硅氧烷、硅溶胶等;干燥过程中
7、毛细管力对凝胶的破坏作用,在常压下(2)溶剂主要是醇类和酮类,包括甲醇、乙醇、制得了具有气凝胶特性的V2O5和MoO3,但该技术[10]异丁醇、丙酮等;仅适用于制备多孔薄膜。沈军等人采用多聚硅(3)催化剂主要是一些无机酸或碱,如氢氟酸、(E40)为硅源,以三甲基氯硅烷(TMCS)为表面修饰盐酸、氨水等。剂,硅油为干燥介质,在常压条件下制备了同样具[11]首先将硅源、水、溶剂按一定配比混合均匀,然有纳米多孔结构的SiO2气凝胶。陈龙武等人以后加入一定量的催化剂。在催化剂的作用下,硅源正硅酸乙酯(TEOS)的两步水解2缩聚反应为基础,发生水解、缩聚反应,
8、在溶液中形成无序、枝状、孔通过对溶胶2凝胶过程条件的调控,使生成的凝胶具洞,形成纳米尺度的SiO2凝胶,即一
