RF-SiO2和C-SiO2氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)控制及性能分析.pdf

1、氣凝膠獨特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使其具有高比表面積、低密度、低導熱率等特性，在隔熱領(lǐng)域、催化、儲氫、光學等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。多組分氣凝膠的有機-無機雜化可實現(xiàn)在納米尺度范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)控制和性能調(diào)節(jié)，是目前氣凝膠的研究熱點和重點。本文針對不同溶膠順序、硅源比例和干燥條件下制備的RF/SiO2及C/SiO2氣凝膠，采用各種分析方法對微觀組織結(jié)構(gòu)及相關(guān)性能進行表征，探究溶膠-凝膠過程的反應(yīng)機理，分析不同制備條件對氣凝膠結(jié)構(gòu)及性能的影響。
　

2、　研究中，以正硅酸乙酯(tetraethoxysilane,TEOS)和3-氨丙基三乙氧基硅烷(3-aminopropyltriethoxysilane,APTES)為混合硅源、以間苯二酚(resorcin,R)和甲醛(formaldehyde,F)為碳源，分別采用碳源先溶膠(RF-S)、硅源先溶膠(S-RF)和一步混合溶膠(SRF)方法，結(jié)合超臨界干燥、冷凍干燥和常壓干燥法制備出不同類型的RF/SiO2氣凝膠。隨后經(jīng)高溫碳化獲得C/S

3、iO2氣凝膠。
　　研究結(jié)果表明，不同工藝方法制備的RF/SiO2和C/SiO2氣凝膠均為無定型態(tài)非晶結(jié)構(gòu)。APTES和TEOS作為混合硅源相互交叉連接共同參與凝膠骨架的形成。以APTES為先驅(qū)體形成的骨架以雙鍵連接為主，以TEOS為先驅(qū)體形成的骨架以三鍵和四鍵連接為主。APTES的加入可明顯降低凝膠時間，APTES含量增多，凝膠時間進一步縮短。APTES含量增多，濕凝膠的強度增加。隨著APTES含量的增加，形成的膠體顆粒粒徑減小

4、，氣凝膠的比表面和孔容明顯提高，平均孔徑降低。
　　溶膠順序不同會影響凝膠體系中骨架的連接。RF-S凝膠中硅源的交聯(lián)度較低，骨架以RF體系為主體且較為致密，具有較高的熱穩(wěn)定性。冷凍干燥后，RF-S類氣凝膠結(jié)構(gòu)較為致密；S-RF和SRF類氣凝膠微觀結(jié)構(gòu)相似，顯示出典型的鏈狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)骨架；三類氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)均以介孔為主，RF-S孔徑分布較為均勻，而S-RF和SRF孔徑分布不均勻。
　　常壓干燥下RF/SiO2氣凝膠的線收縮大、密

5、度高，形成由均勻納米凝膠顆粒堆積而成的致密微觀結(jié)構(gòu)。冷凍干燥和超臨界干燥獲得的樣品具有均勻的鏈狀三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，收縮較小、密度約為常壓干燥的十分之一。常壓干燥氣凝膠比表面積較小，超臨界干燥和冷凍干燥制備的氣凝膠的比表面積為常壓干燥的兩倍。
　　RF/SiO2氣凝膠碳熱還原后形成C/SiO2氣凝膠。碳化造成樣品骨架坍塌，使比表面積和孔徑減小，其中的-CH3和-CH2-基團斷裂除去，但并沒有改變硅骨架中的Si-O-Si鍵。C/SiO2氣