不同硅源制备二氧化硅气凝胶的研究进展

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1、·42·材料导报A：综述篇2014年1月(上)第28卷第1期不同硅源制备二氧化硅气凝胶的研究进展王妮，任洪波(中国工程物理研究院激光聚变研究中心，绵阳621900)摘要硅源作为溶胶一凝胶法制备二氧化硅气凝胶前驱体的重要组成部分，对获得结构完整、性能优良的二氧化硅气凝胶以及构建满足不同应用需求的二氧化硅气凝胶至关重要。考察了帝】备二氧化硅气凝胶所用的单一硅源、复合硅源以及功能性硅源对气凝胶的形貌及物理性能的影响，并对3类不同硅源制备二氧化硅气凝胶进行了综述。关键词硅源溶胶一凝胶二氧化硅气凝胶中图分类号：TQ383文献标识码

2、：AInvestigationProcessofSilicaAerogelsSynthesizedbyDifferentTypesofSilicaRecoursesWANGNi，RENHongbo(ResearchCenterofLaserFusion，ChinaAcademyofEngineeringPhysics，Mianyang621900)AbstractSilicaresourceistheimportantpartoftheprecursorofsol-gelmethod，whichisthecrucialo

3、neforobtainingintactconstructionandexcellentpropertyofthesilicaaerogel。meanwhileforconstructingapprovedandrquiredapplicationofthesilicaaeroge1．Theeffectonthemorphologyandphysicalpropertyofthesilicaaerogelswhichusingdifferentsilicaresourcetopreparewasinvestigated，

4、andthepreparationofsilicaaerogelsbythreedifferentsilicaresourcewassummedup．Thesilicaresourcesincludethesinglesilicaresources，compoundsilicaresourcesandfunc—tionalsilicaresources，respectively．Keywordssilicaresource，sobgel，silicaaerogels配的催化剂，对SiO气凝胶的结构和实际应用起着至关重0引

5、言要的作用。沈军等l2分别以硅酸钠、正硅酸乙酯(TEOs)、SiO。气凝胶是一种具有微纳米网络结构的固态物质，其多聚硅氧烷为硅源制备了SiO气凝胶。由结构可知TEOS特有的大比表面积、低密度、低热导率等特性使得它在众多为长链的硅烷氧化物，而硅溶胶的Si原子上键合着多个活性领域都有巨大的应用价值。SiO。气凝胶一般通过溶胶一凝胶羟基，另外多聚硅氧烷结构较致密且存在的位阻效应使得酸法制备，首先硅源在催化剂条件下进行水解，接着水解产物碱催化对不同硅源的进攻位置不同，由于几种硅源的结构不上的羟基进行缩合反应形成溶胶，构成溶胶的初

6、级及次级粒同，最终获得了不同网络结构的Si02气凝胶。子进一步以链状的结构组成粒子团簇，并充满整个容器，形一般可将硅源分为3类，分别是单一硅源、复合硅源以成湿凝胶，最后通过超临界或常压干燥将湿凝胶转换为气凝及功能性硅源。单一硅源的研究已较为成熟，这主要是由于胶。从上述过程来看，硅源的选取及与催化剂的反应性能对不同的单一硅源反应过程比较单一，工艺过程容易控制。然最终二氧化硅气凝胶的结构及性能影响很大。而单一硅源制备的siO2气凝胶结构简单，对Si0气凝胶的自从1931年Kistler选用硅酸钠制备最早的Si02气凝应用领域

7、有较大的限制。复合硅源以及功能性硅源是今后胶以来_1]，研究人员对SiO。气凝胶制备过程中各种工艺条件Sio2气凝胶硅源的主要研究方向。复合硅源多用于制备疏及反应机理进行了较为详尽的研究。研究发现，针对SiO。水性的SiO气凝胶，可以加入代替硅凝胶表面羟基的功能气凝胶的不同应用，选择合适的硅源对后期获得结构完整、性硅源而使气凝胶具有高疏水性、高热稳定性和较强的力学性能优良的si02气凝胶至关重要。从化学反应机理来看，特性等。例如，Kulkarni等[5]用正硅酸甲酯(TMOS)与三甲催化剂离子首先进攻硅源使之形成易于交联

8、反应的羟基，由基乙氧基硅烷(TMES)制备了具有一定接触角范围的疏水性于不同硅源上所含烷基基团大小不同，形成的空间结构使催Si0。气凝胶，并且疏水的热稳定温度高达300℃。另外，复化剂进攻硅源时呈现位置上的差异，最终形成结构及性能上合硅源中如加入甲基三甲氧基硅烷(MTMS)可以提高气凝具有一定差异的SiO：气凝胶。因