ZrO2纖維-氣凝膠復(fù)合材料的制備與結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、氣凝膠材料因其自身所具有的獨特的性質(zhì)，如高孔隙率、比表面積大和密度小等，使其在包括聲學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等諸多領(lǐng)域都具有極高的應(yīng)用潛力，例如可以將其作為吸附材料、絕緣材料、隔熱材料等。但是與此同時，氣凝膠材料也存在著自身強度低、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、韌性差等缺點，阻礙其在生產(chǎn)生活中被大規(guī)模應(yīng)用。因此，本文采用ZrO2纖維對ZrO2氣凝膠進行增強，制備宏觀形貌良好、微觀結(jié)構(gòu)均勻的ZrO2纖維/氣凝膠復(fù)合材料。
　　本文采用了溶膠凝膠法合成了ZrO2

2、氣凝膠，并使用ZrO2纖維對其進行增強。通過物理混合法和澆注成型法制備ZrO2纖維/氣凝膠復(fù)合材料，研究了兩種方法在合成過程中各種反應(yīng)條件如ZrO2纖維的使用量、ZrO2纖維的類型、前驅(qū)體硝酸氧鋯的使用量、水浴溫度和浸漬溫度等，對于最終合成的ZrO2纖維/氣凝膠復(fù)合材料的宏觀形貌、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等性質(zhì)的影響，并通過掃描隧道顯微鏡(SEM)、N2吸附脫附(BET)、熱失重分析測試(TG)等測試手段對實驗中所合成的ZrO2纖維/氣凝膠復(fù)合材料樣品

3、的微觀表面形貌和孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)進行了測試分析。
　　研究表明，物理混合法制備ZrO2纖維/氣凝膠復(fù)合材料的合成工藝為：前驅(qū)體硝酸氧鋯的初始加入量為2.0g，ZrO2短纖維的加入量為0.8g，水浴溫度為70℃。制得的ZrO2纖維/氣凝膠復(fù)合材料的BET比表面積為559.28m2/g，平均孔徑為2.644nm，密度為0.3796g/cm3。澆注成型法的合成工藝為：采用 ZrO2長纖維作為基底成型，纖維的使用量為1.6g，前驅(qū)體硝酸氧鋯的初

4、始加入量為2.0g，浸漬溫度為70℃。制得的ZrO2纖維/氣凝膠復(fù)合材料的BET比表面積為470.01m2/g，平均孔徑為7.02nm，密度為0.3396g/cm3。
　　物理混合法中ZrO2纖維的加入對氣凝膠的結(jié)構(gòu)起到了一定的支撐作用，承擔(dān)了一部分由于干燥而產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，使得內(nèi)部塌陷孔結(jié)構(gòu)減少，與未加入纖維相比，比表面積增大12.3倍，密度減小了58.9％。澆注成型法中成型的ZrO2纖維基底可直接作為復(fù)合材料的骨架使氣凝膠在其