超临界干燥制备木材-SiO2气凝胶复合材料及其纳米结构
al2o3-sio2 复合纳米气凝胶材料机理
al2o3-sio2 复合纳米气凝胶材料机理复合纳米气凝胶材料是一种新型的多孔材料，具有高比表面积、低密度、高孔容、优异的热、电、声学性能等特点。
其中，Al2O3-SiO2复合纳米气凝胶材料由Al2O3和SiO2等多种无机物组成，其制备机理可分为以下几个步骤：
1. 溶胶凝胶法制备前驱体：将Alkoxysilane、Hexamethyldisiloxane( HMDS)、Al(NO3)3的水溶液按一定摩尔比混合，加入适量的酸催化剂（如 HNO3），搅拌混合，生成透明的溶胶。
2.无织网法制备复合纳米气凝胶：将所制备的前驱体溶液均匀地涂覆于无织网表面，经烘干处理形成一定厚度的凝胶层。
然后，在高温高压下进行超临界干燥，气相中的溶剂从凝胶层中被移除，形成复合纳米气凝胶材料。
3.气凝胶处理：以四氯化硅或三甲氧基硅烷等硅烷类化合物为原料，在气相中进行水解反应，产生氢氧离子。
氢氧离子与复合纳米气凝胶中的SiO2和Al2O3等有机物反应，形成更为稳定的Si-O和Al-O键，从而增强复合纳米气凝胶的强度和耐热性。
Al2O3-SiO2复合纳米气凝胶材料的制备过程较为复杂，但其性能优异，应用领域广泛。
例如，可用于催化剂、保温材料、隔音材料、吸波材料等领域。
超临界干燥法制备mno2气凝胶及其表征
超临界干燥法制备mno2气凝胶及其表征MnO2气凝胶是一种形式多样、结构复杂的无机分子纳米气凝胶，因其表现出的特殊的物化性质和微观结构，拥有良好的隔热效果、吸音效果及催化活性等优点，在工业应用中具有非常重要的意义。
本文主要介绍利用超临界干燥法制备MnO2气凝胶及其表征。
一、超临界干燥法制备MnO2气凝胶1、原料准备MnO2溶液：盐酸MnO2（99.9%）分散溶液（50％）有机溶剂：正己烷二元共聚剂：聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水：微细化工用水2、稀释溶液制备盐酸MnO2（99.9%）分散溶液与正己烷（1:1）按比例混合，表征稀释溶液稀释度为2.0×10-3，进行搅拌充分混合，按比例称取小量各种原料加入内，并于室温搅拌充分混合.3、超临界干燥处理将稀释溶液pos液体气态CO2加热升温至超临界态（31.6℃），使正己烷完全蒸发，进行超临界脱溶剂旋转蒸发，直至溶液完全蒸发，形成MnO2气凝胶。
二、MnO2气凝胶表征1、X射线衍射（XRD）通过X射线衍射确定MnO2气凝胶纳米晶体结构，其结果表明，MnO2气凝胶具有一定的晶体结构。
2、透射电子显微镜（TEM）通过透射电子显微镜（TEM）确定MnO2气凝胶的微观结构，其结果显示，MnO2气凝胶形成了杂质小的非晶纳米晶体粒子，粒径直径分布大多在20-30nm之内。
3、热重分析（TG-DSC）采用热重分析确定MnO2气凝胶的物化性质，其结果表明，MnO2气凝胶的水分可以随温度的升高而被挥发，而其固体可以随着温度的升高而释放，最后可以得到比重稳定的MnO2气凝胶。
综上所述，本文介绍了用超临界干燥法制备MnO2气凝胶及其表征的方法，利用不同的物化性质检测手段，验证了其气凝胶形成的微观结构、晶体结构及物质性质，为MnO2气凝胶在电子、化学催化等领域的有效应用提供了重要依据。
纳米SiO2气凝胶改性木材的研究
（Ｆ 已用 于研 究木 材纤 维 的表 面 特征 和物 理 性 Ａ Ｍ） 质 ；激 光共 聚扫 描显 微镜 （Ｆ 技 术 己经成 熟 ， Ｌ Ｍ） 并 且 已用 于早 晚材 纤 维 断 面 和 细 胞 壁Ｓ 层 微 纤 ２ 丝 角 的研 究 。这 为 探 索 微 观 纳 米 材 料 提 供 了
米单 元体以分子水平分散在某种基体 中形成纳
米 复 合材 ，并 且分 散相 尺 寸有 一 维小 于 １０ｍ， ０ｎ 使 之 表 现 出许 多 独 特 的性 质 。利 用 无 机 纳 米 】 材 料 改性 木 材 实 际 上是 形 成 了木 基 无 机 纳 米 复 合 材 料 ，不 仅 具 有 纳米 材 料 的 四 大效 应 ，而且
“ 眼睛 ”和 “ 工具 ” Ｉ ４ ］ 。
的使 用寿命 。通常的改性方法有 ：木材塑合 、
木 材 浸 渍 、木 材 乙 酰化 、木 材 热 处 理 、木 材 压 缩 和 弯 曲 、木 材 漂 白和 染 色 等 。另 外 ，一 些 】 新 的木 材 改性 方 法也 具 有 十分 诱 人 的前 景 ， 比 如 ：木 材 的溶 液 化 、超 临界 流体 加 工 技 术 以及 纳 米 技 术 在 木 材 改性 中 的应 用 具 有 强 大 的生 命
但 因 木材 显 而 易见 的缺 点 ：如 硬 度 不 高 、易 霉 变 、易燃 、易磨 损 、尺 寸 稳 定 性 差 等 ，在 一 定 程度 上 限制 了其 应用 和使用 效 率 。尤 其速 生 材 ］ 因材 质 疏 松 、易开 裂 变 形 和不 耐 腐 朽 ， 用 范 围 应 受到 限制 【 ２ 】 。通过一 系 列改性 技术 ， 对木材 进行 物
能。将纳米科技 引进 到木材科学 中极大地扩宽
了木 材科 学 的研 究 领域 ，促 进 与 相关 学 科 的交 叉 、外 延 与综 合 ，使 木 材及 制 品适 赋予 新 的 功 能和 用途 ，具 有广 阔 的应 用前 景 。 纳米 材 料 处 理 木 材 的方 法 主 要 有 分 散 法 、 插层 复合 法 、溶胶一 凝 胶法 等ｒ ８。 ¨ 纳米 粒 子分 散 法 是 首先 合 成 出 各 种 形 态 的
sio2气凝胶
sio2气凝胶SIO2气凝胶引言：SIO2气凝胶是一种具有广泛应用前景的材料，其独特的性质和多样的制备方法使其在许多领域发挥重要作用。
本文将介绍SIO2气凝胶的制备方法、物理性质、应用领域以及未来的发展趋势。
一、制备方法1. 溶胶-凝胶法：将硅酸酯或硅酸盐与溶剂混合，形成溶胶，通过水解和凝胶化反应制备气凝胶。
2. 超临界干燥法：利用超临界流体的特性，将溶胶中的溶剂去除，使溶胶转化为凝胶。
3. 气相法：通过化学反应或物理方法将气态前体转化为凝胶，然后通过热解或热处理得到气凝胶。
二、物理性质1. 低密度：SIO2气凝胶具有极低的密度，通常在0.1-0.3 g/cm3之间，是目前已知最轻的固体材料。
2. 高比表面积：由于其多孔的结构，SIO2气凝胶具有巨大的比表面积，通常在500-1000 m2/g之间。
3. 优良的隔热性能：由于其低导热系数和多孔的结构，SIO2气凝胶具有优异的隔热性能，广泛应用于建筑和节能领域。
4. 超低折射率：SIO2气凝胶具有极低的折射率，能够减少光的反射和折射，提高光学器件的效率。
三、应用领域1. 热隔离材料：由于其优异的隔热性能，SIO2气凝胶被广泛应用于建筑、汽车、航空航天等领域，用于热隔离和节能。
2. 声学材料：SIO2气凝胶具有良好的声学吸音性能，可用于制备吸音材料，降低噪音污染。
3. 催化剂载体：由于其大的比表面积和孔隙结构，SIO2气凝胶作为催化剂的载体具有更高的催化活性和选择性。
4. 环境污染治理：SIO2气凝胶可以吸附和固定有机物和重金属离子，被广泛应用于水处理和空气净化领域。
5. 生物医学应用：SIO2气凝胶具有良好的生物相容性和药物缓释性能，可用于制备药物载体和组织工程支架等。
四、未来发展趋势1. 纳米复合气凝胶的制备：将纳米材料与气凝胶结合，制备具有多功能性能的复合材料。
2. 纳米孔调控：通过精确控制气凝胶的孔结构和孔径，实现对气凝胶性能的调控和优化。
3. 生物医学领域的应用拓展：开发更多具有生物活性的气凝胶，用于药物缓释、组织工程和生物传感等领域。
二氧化硅气凝胶及其复合材料制备与吸附应用研究共3篇
二氧化硅气凝胶及其复合材料制备与吸附应用研究共3篇二氧化硅气凝胶及其复合材料制备与吸附应用研究1二氧化硅气凝胶及其复合材料制备与吸附应用研究气凝胶一词源自于“aerogel”，是指以大量的气体分布在凝胶空隙中，形成一种具有极低密度、高孔隙率和高比表面积的固体材料。
其中，二氧化硅气凝胶以其良好的物理、化学特性和广泛的应用领域备受关注。
本文将介绍二氧化硅气凝胶的制备方法及其在各个领域中的应用。
二氧化硅气凝胶的制备方法主要有超临界干燥法、溶胶-凝胶法和湿化减胶法等。
超临界干燥法在高温高压的条件下通过液态二氧化硅的物理变化实现气凝胶的制备，具有工艺简单、制备时间短和制备成本低等特点；溶胶-凝胶法通过物理或化学反应形成透明的凝胶体，再进行干燥制备气凝胶。
其中，溶液浸渍法是一种简单有效的制备气凝胶的方法，它首先将硅源溶解成某一浓度的溶液，然后将材料浸泡在溶液中，最终经过煅烧得到气凝胶。
湿化减胶法以硅源和特殊的聚合物为原料，在液相中形成凝胶，再通过严格的热处理和气相转化得到气凝胶。
此外，常温干燥和冻干等方法也可制备气凝胶。
气凝胶具有很高的比表面积和孔隙的联通性，并且可以通过改变它的孔隙结构调控其吸附能力，因此气凝胶也广泛应用于吸附材料的制备。
例如，二氧化硅气凝胶可以在大气压下吸附一系列气体，如一氧化碳、二氧化碳、氮气和甲醛等。
在催化剂的制备中，二氧化硅气凝胶与其他物质复合制备的催化剂表现出了更优秀的催化活性和稳定性，如铂-二氧化硅气凝胶催化剂在醇类氧化反应中表现出了良好的催化性能。
在环境治理领域，二氧化硅气凝胶还可以作为污染物吸附剂，例如硅凝胶改性后可以有效吸附水中的重金属离子，净化水质。
除了作为纯净材料外，二氧化硅气凝胶也经常与其他材料复合制备，以实现更好的吸附性能。
例如，铁掺杂二氧化硅气凝胶在吸附五氯酚方面表现出更高的吸附性能；杂化气凝胶中加入不同种类的有机物可以增加其吸附性能。
综上所述，二氧化硅气凝胶具有很高的比表面积和孔隙的联通性，并且可以通过改变其孔隙结构调控其吸附能力。
SiO2气凝胶合成方法综述6
SiO2气凝胶合成方法综述豆兴康051002206摘要：本文对SiO2 气凝胶合成制备方法进行了综述，主要制备方法有：溶胶-凝胶、非超临界干燥、亚临界干燥、常压干燥、稻壳裂解等。
随后介绍了各种制备方法的优缺点及其在实际生活、工业生产中的应用前景。
关键字：SiO2气凝胶溶胶-凝胶非超临界干燥亚临界干燥常压干燥稻壳裂解1 引言二氧化硅气凝胶是一种轻质纳米非晶态多孔材料，具有连续无规则网络结构，且具有比表面积大、孔隙率高、密度低、折射率和热导率低等特点，在许多领域有着广泛的应用前景⑴。
目前，国内外制备SiO2气凝胶通常以硅酸酯或水玻璃为原料，采用溶胶- 凝胶法, 经超临界干燥制得。
虽然此制备方法可以有效防止干燥过程中材料的收缩，但是该干燥方法对设备要求高、耗能大、操作危险性高，导致气凝胶的生产成本明显提高，难以实现大规模工业生产。
近年来［2］，有关气凝胶的非超临界干燥法制备已经引起关注，常压干燥与超临界干燥相比，虽然因表面张力引起的干燥应力较大，易导致气凝胶干燥过程中破裂，但是常压干燥以其操作简便、安全性高引起了人们的广泛关注。
目前，常压干燥得到的SiO2气凝胶已表现出良好的性能。
例如，Gurav［3］常压干燥合成的SiO2气凝胶密度为0.092g/cm3,孔隙率97%,体积收缩约12%，性能接近超临界干燥法合成的性能指标。
此外，由于原料价格昂贵，超临界干燥操作复杂，且不易实现大规模生产，这些缺点在很大程度上限制了SiO2气凝胶的实际生产制备的发展及其应用，因此寻找低廉的原料、开辟简易的且新的SiO2气凝胶的合成途径是一项十分重要的研究领域［4］。
另外，常规制备的SiO2气凝胶由于表面有很多羟基基团而具有亲水性，影响了其良好的性能，限定了适用的工作环境。
经研究，除了溶剂表面张力的原因外，存在于SiO2气凝胶网络中的羟基之间的缩合作用也直接导致了网络的坍塌，而采用具有体积效应的溶剂作为干燥介质可以降低干燥压力，在亚临界条件下（243° C，2.3MPa）可以成功克服以上缺点，此方法在实际应用中也被广泛推广［5］。
二氧化硅基纳米纤维气凝胶的研究进展
二氧化硅基纳米纤维气凝胶的研究进展作者：卫智毅王慧余天培程辉马信李守柱来源：《现代纺织技术》2022年第06期摘要：传统二氧化硅气凝胶是一种具有超轻、低导热系数、高孔隙率和高比表面积的三维结构多孔材料，但由于其力学性能较差，严重阻碍了实际应用。
为解决此问题，将柔性二氧化硅纳米纤维引入气凝胶中作为骨架材料，在保留传统二氧化硅气凝胶优异性能的基础上，还可展现出良好的形状记忆功能和机械稳定性能。
本文追溯了二氧化硅基纳米纤维气凝胶的发展历程，介绍了其制备方法及相关机理，梳理了当前为突破其力学性能差的限制所做的努力和改进，以更好地应用于空气过滤、油水分离、催化剂载体、吸附、隔热保温以及压力传感等领域，期望推动二氧化硅基纳米纤维气凝胶的进一步发展。
关键词：二氧化硅；纳米纤维；气凝胶；制备；应用中图分类号： TB33文献标志码： A文章编号： 1009-265X（2022）06-0231-11Research progress of silica-based nanofiber aerogelsWEI Zhiyi， WANG Hui， YU Tianpei， CHENG Hui， MA Xin， LI Shouzhu（College of Energy and Chemical Engineering， Xinjiang Institute of Technology， Akesu 843100， China）Abstract： The traditional silica aerogels are three-dimensional porous materials with ultra-light， low thermal conductivity， high porosity and high specific surface area. Due to its poor mechanical properties， the practical application has been seriously restricted. To solve this problem， flexible silica nanofibers were introduced into aerogels as skeleton materials， which showed good shape memory function and mechanical stability on the basis of retaining the excellent performance of traditional silica aerogels. In this paper， the development of silica-based nanofiber aerogels was traced， the preparation method and related mechanism were introduced， and thecurrent efforts and improvements made to break through the limitation of poor mechanical properties were summarized， so as to better apply silica-based nanofiber aerogelsto the fields of air filtration，oil-water separation， catalyst carrier， adsorption， heat insulation and pressure sensing. It is expected to promote the further development of silica-based nanofiber aerogels.Key words： silica; nanofiber; aerogels; preparation; application納米科技作为一项新兴科学技术，诞生于20世纪80年代，该技术的发展引发了纳米材料、纳米化学、纳米加工等一系列新的技术产生［1］。
纳米二氧化硅气凝胶简介
二氧化硅气凝胶简介气凝胶（aerogels）通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。
气凝胶是一种固体，但是99%都是由气体构成，外观看起来像云一样。
气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量，有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。
最常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶。
SiO2气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80-99.8％，孔洞的典型尺寸为1-100 nm，比表面积为200-1000 m2/g，而密度可低达3 kg/m3，室温导热系数可低达0.012 W/（m•k）。
正是由于这些特点使气凝胶材料在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有很广阔的应用潜力。
一、气凝胶发展历史早在1931年，Steven.S.Kistler就开始研究气凝胶。
他最初采用的方法是用硅酸钠水溶液进行酸性浓缩，用超临界水再溶解二氧化硅，用乙醇交换孔隙中的水后，利用超临界流体干燥技术制成了最初的真正意义上的气凝胶。
这种材料的特点是透明、低密度、高孔隙率。
但受当时科研手段的限制，这种材料的研制并没有引起科学界的重视。
上世纪七十年代，在法国政府的支持下，Stanislaus Teichner在寻找一种用于存储氧和火箭燃料的多孔材料的过程中，找到一种新的合成方法，即把溶胶- 凝胶化学方法用于二氧化硅气凝胶的制备中。
这种方法推动了气凝胶科学的发展。
此后，气凝胶科学和技术得到了快速发展。
1983年Arlon Hunt 在Berkeley 实验室发现可用更安全、更廉价的二氧化硅气凝胶制作方法。
与此同时，微结构材料研究小组发现可用具有更低临界温度和临界压力的二氧化碳超临界流体取代乙醇作为超临界干燥的流体，使得超临界干燥技术得以向实用化阶段迈进。
八十年代后期，Larry Hrubesh 领导的研究者在Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) 制备了世界上最轻的二氧化硅气凝胶，密度是0.003 g/cm 3，仅有空气的3倍。
SiO2气凝胶壳聚糖复合药物载体材料的制备和表征
SiO2气凝胶/壳聚糖复合药物载体材料的制备和表征3刘敬肖,曾 淼,史 非,唐乃岭,魏 莉(大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连116034)摘 要: 采用常压干燥法制备了SiO2气凝胶,所得气凝胶为介孔结构,比表面积618.8m2/g,孔径分布5～20nm。
以SiO2气凝胶为原料,通过静电吸附法制备了SiO2气凝胶/壳聚糖复合药物载体材料,采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(F TIR)等对复合材料的结构形貌进行了分析,研究了复合材料对硫酸庆大霉素药物的担载和释放性能。
结果表明,所得SiO2气凝胶/壳聚糖复合材料为多孔网络结构,其中,由450℃处理的SiO2气凝胶制得的气凝胶/壳聚糖复合材料对硫酸庆大霉素具有较好的药物担载和缓释性能。
关键词: SiO2气凝胶;壳聚糖;复合材料;多孔;药物载体中图分类号: TB382文献标识码:A 文章编号:100129731(2007)09215272041 引 言多孔材料由于具有高比表面积及孔径结构可调等特性,作为药物载体,既可达到较高的载药量,又可获得理想的药物缓释效果,因而多孔材料作为药物载体有着其独特的优势。
目前,多孔生物陶瓷[1]和多孔微晶玻璃[2]等作为药物载体材料的研究已有报道。
SiO2气凝胶是一种无毒的多孔无机材料,具有超低密度、大孔隙率、高比表面积和良好的生物相容性等特殊性质。
近几年,SiO2气凝胶和干凝胶作为药物载体和缓释材料的研究开始受到人们的关注[3～5]。
壳聚糖(CS)是甲壳素脱乙酰化产物,其基本结构单位为葡萄糖胺,具有良好的生物相容性、生物降解性和杀菌作用。
目前,壳聚糖作为药物载体的研究已有较多报道,研究主要体现在壳聚糖载药微球[6]和壳聚糖复合材料药物载体[7]方面。
据报道[8,9],多孔的SiO2/壳聚糖凝胶能够成功用于葡萄糖氧化酶的固定;而利用溶胶2凝胶法和超临界干燥工艺制备的壳聚糖/SiO2复合气凝胶具有较小的细胞毒性和较好的生物相容性,有望用于药物载体和废水处理等领域。
气凝胶复合材料
气凝胶复合材料气凝胶复合材料是一种新型的功能性材料，具有低密度、高孔隙率、优异的绝热性能和良好的吸附性能。
它由气凝胶和其他材料复合而成，可以广泛应用于隔热保温、吸附分离、储能储氢等领域。
本文将对气凝胶复合材料的制备方法、性能特点和应用前景进行介绍。
首先，气凝胶复合材料的制备方法多样，常见的包括溶胶-凝胶法、超临界干燥法、模板法等。
溶胶-凝胶法是目前应用最为广泛的一种制备方法，通过溶胶的凝胶化过程形成气凝胶，然后与其他材料进行复合，得到气凝胶复合材料。
超临界干燥法则是利用超临界流体将溶胶中的溶剂去除，形成气凝胶，再与其他材料进行复合。
模板法则是在模板的作用下制备气凝胶，然后将其与其他材料复合，得到气凝胶复合材料。
这些方法各有特点，可以根据具体需求选择合适的制备方法。
其次，气凝胶复合材料具有许多优异的性能特点。
首先，它具有极低的密度和高孔隙率，使其具有极佳的隔热保温性能，可以有效减少能源消耗。
其次，气凝胶复合材料具有优异的吸附性能，可以用于吸附分离领域，如废水处理、气体分离等。
此外，气凝胶复合材料还具有良好的力学性能和化学稳定性，可以应用于储能储氢领域。
因此，气凝胶复合材料在环保、能源、化工等领域具有广阔的应用前景。
最后，气凝胶复合材料的应用前景十分广阔。
在建筑领域，它可以用于建筑保温材料，减少能源消耗。
在环保领域，它可以用于废水处理、废气处理等。
在新能源领域，它可以用于储能材料、储氢材料等。
因此，气凝胶复合材料将会成为未来材料领域的研究热点，有望在多个领域得到广泛应用。
综上所述，气凝胶复合材料具有制备方法多样、性能优异、应用前景广阔等特点，是一种具有巨大发展潜力的新型功能性材料。
随着科技的不断进步和人们对环保、节能的重视，相信气凝胶复合材料将会在未来得到更广泛的应用和发展。
CO2超临界干燥制备SiO2气凝胶及其表征
CO2超临界干燥制备SiO2气凝胶及其表征郑文芝;陈姚;于欣伟;韩泽明;余志欢;管晶晶【摘要】以正硅酸乙酯为原料,应用溶胶-凝胶两步催化法制备SiO2醇凝胶,醇凝胶用CO2超临界干燥后得到SiO2气凝胶.以比表面积和密度为评价标准,以CO2流量、超临界温度、干燥时间和超临界压力为实验因素,设计了四因素三水平的正交实验,研究CO2超临界干燥的工艺条件,并运用 SEM、TEM、BET、FTIR对SiO2气凝胶结构、形貌及化学组成进行分析.结果表明:优化的工艺条件为CO2流量12 kg·h-1,干燥压力13 mPa,超临界温度45 ℃,干燥时间6 h.制得SiO2气凝胶的比表面积为927.37 m2·g-1,密度是0.195 6 g·cm-3, 由球形纳米颗粒堆积而成,颗粒尺寸范围在0～20 nm左右,孔径分布主要集中在10 nm左右,是典型的纳米孔材料.【期刊名称】《广州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(009)006【总页数】5页(P77-81)【关键词】SiO2气凝胶;CO2超临界干燥;正交实验【作者】郑文芝;陈姚;于欣伟;韩泽明;余志欢;管晶晶【作者单位】广州大学,化学化工学院,广东,广州,510006;广州大学,化学化工学院,广东,广州,510006;广州大学,化学化工学院,广东,广州,510006;广州大学,化学化工学院,广东,广州,510006;广州大学,化学化工学院,广东,广州,510006;广州大学,化学化工学院,广东,广州,510006【正文语种】中文【中图分类】TQ115SiO2气凝胶是一种新型的结构可控的孔状材料[1],有多种独特的性质[2-4],可被制成声阻抗耦合材料、过滤材料、高温隔热材料等多种高性能材料[5].SiO2气凝胶的制备通常由溶胶—凝胶过程和干燥处理构成[6].在溶胶—凝胶过程中,通过控制溶液的水解与缩聚反应条件,在溶液内形成不同结构的纳米团簇,团簇之间相互粘连形成凝胶体,在凝胶体的固态骨架周围充满反应后剩余的液态试剂[7].由于 SiO2气凝胶网络结构纤细,如采用普通常压干燥,由于毛细作用力,会使纳米孔隙塌陷[8].采用高温高压超临界干燥湿凝胶,如甲醇、乙醇、异丙醇、苯等作为干燥介质,在超临界点以上排除溶剂,这个过程消除了气液界面,不存在毛细作用力,能得到完整的块状气凝胶,且比表面积大.采用超临界干燥工艺是比较成熟的制备SiO2气凝胶的干燥方法.但该过程要求高压和高温,以乙醇超临界干燥为例,乙醇超临界状态的条件Tc=241.15℃、Pc=6.38m Pa,高温高压导致操作存在安全隐患,操作过程成本昂贵,不利于产业化推广[9].CO2超临界流体干燥 SiO2气凝胶,也称为 SiO2气凝胶的低温超临界干燥技术.CO2的超临界状态条件Tc=31.06℃,Pc=7.39m Pa,干燥温度的降低有效减小干燥过程中存在的危险和能耗,有利于 SiO2气凝胶的产业化.国内外文献多以高温超临界干燥作为 SiO2气凝胶的干燥方法,冷映丽等对 SiO2气凝胶乙醇超临界干燥工艺参数进行了优化,未见 SiO2气凝胶 CO2超临界干燥工艺参数优化实验的文献[10].本文以比表面积和堆积密度为评价标准,用正交实验方法对制备SiO2气凝胶的 CO2超临界干燥工艺进行了优化研究,旨在为 SiO2气凝胶的产业化生产提供有价值的研究数据.同时对材料性能结构进行了表征,并与常压干燥工艺制备的 SiO2气凝胶进行了对比.以正硅酸乙酯 (Tetraethoxysilane,TEOS)为前驱体,乙醇 (EtOH)为溶剂,以盐酸(Hydrochloric acid)和氨水(NH3·H2O)为催化剂,保持n(TEOS)∶n(EtOH)∶n(H2O)=1∶3∶6(摩尔比 ),盐酸浓度为0.01mo l·L-1的水溶液,氨水浓度为0.1mo l·L-1,溶胶—凝胶两步催化法制备醇凝胶.所制备的醇凝胶在乙醇溶液中陈化 24 h.陈化后的醇凝胶用超临界 CO2流体进行干燥,制备SiO2气凝胶.同样方法制备的 SiO2醇凝胶,常压干燥制备 SiO2气凝胶.利用日本日立公司 S-3700N扫描电子显微镜观察气凝胶形貌,加速电压为 25 kV,经表面喷金处理后,放大 5万倍下观察样品的表面形貌.利用日本电子 JEM-1000CXⅡ型透射电镜,加速电压为120 V,观测气凝胶的表面孔结构和粒径分布.利用美国麦克仪器公司ASAP2000比表面分析仪,吸附介质为 N2,测试温度250℃,测定气凝胶比表面积和孔径分布.用法国 BRUKER公司 TENSOR27 Fourier变换红外光谱仪,以 KB r压片法测定样品的 FTIR光谱.通过北京普析通用仪器公司 XD-3型射线衍射仪进行物相组成分析,以 Cu靶激发的Ka辐射为辐射源,管压为 36 kV,电流为 20mA,扫描范围 10～700,扫描速度40·m in-1,测定样品的XRD谱,确定产品的物相.根据质量和体积比得到 SiO2气凝胶密度.CO2的临界温度为31.06℃,临界压力为7.39m Pa.为减少干燥能耗,在较低温度压力下完成干燥过程,故设定干燥釜温度分别为 35、40、45℃,干燥压力分别为 9、13、17 m Pa,流量 4、8、12 kg·h-1;连续干燥 5 h以上,分离釜基本没见溶剂排出,设定干燥时间 6、8、10 h.本实验选用 L9(34),即四因素三水平进行正交实验,取值见表 1.对于相同的配比制得的湿凝胶,超临界干燥后,比表面积越大可以间接说明孔隙结构越多,样品颗粒更接近于纳米尺度;密度越小,可间接说明得到的气凝胶孔隙率越高.因此,选择以比表面积和密度作为评价样品性能的指标.表 1中,X1、X2、X3系列是以比表面积为评价指标的极差分析,Y1、Y2、Y3系列为以密度为评价指标的极差分析.3种流量条件中,超临界 CO2流体的流量为 12kg·h-1时,样品的比表面积最大,密度最小,说明干燥过程中 CO2流量大有利于制备出比表面积大密度小的样品.当干燥过程中干燥温度较高时,样品的比表面积增大,但密度也在增大,综合考虑,干燥温度选择在35℃比较适合.试验过程中当干燥过程的压力在 13m Pa时,样品的比表面积最大,密度最小,说明干燥压力在一个合适的压力时干燥效果最好.干燥时间对样品的比表面积和密度影响不大,但干燥时间越长,能耗越高,因此,尝试将超临界干燥 6、8、10 h后的产物分别放进马弗炉,400℃下煅烧4 h,再称重,1 g样品干燥后减少的质量几乎相等,且远小于 0.001 g,表明应用 CO2超临界流体干燥 6 h已经足够.综合以上结果得出的优化 CO2超临界干燥条件:CO2流量12 kg·h-1,干燥温度35℃,干燥压力 13m Pa,干燥时间 6 h.应用优化条件对 SiO2醇凝胶进行干燥,得到的样品比表面积为927.37 m·g-1,密度低至0.195 6 g·cm-3,样品外观是略带淡蓝色荧光、轻细、透明的颗粒状物.将同样条件制备的 SiO2醇凝胶放置于烘箱,阶段升温干燥 8 h,所得的样品外观为乳白色固体,不透明,比表面积为561.97 m2·g-1,密度0.827 3 g·cm-3.图 1是 CO2超临界干燥制备的 SiO2气凝胶的扫描电镜图,从图 1可看出,CO2超临界干燥制备出的 SiO2气凝胶是由大量纳米尺度球形颗粒堆积而成,颗粒尺寸范围在 10～30 nm左右.颗粒间隙存在大量孔隙.这些纳米尺度孔隙使 SiO2气凝胶具有优异的隔热性能.而从图 2的常压干燥SiO2气凝胶的扫描电镜图中看到,常压干燥过程中,气凝胶的纳米尺度孔隙出现了塌陷,纳米球形颗粒粘到一起,微孔、中孔消逝,出现了大量 70 nm尺度以上的大孔隙.70 nm大于空气分子自由活动程,材料不再具备超级隔热性能.这也导致常压干燥的 SiO2气凝胶比表面积低于超临界干燥的气凝胶.从 TEM图 (图 3)中可以看到,CO2超临界制备的 SiO2气凝胶颗粒尺寸可以达到纳米尺度,颗粒尺寸分布均匀.图 4是样品对 N2的吸附 -脱附等温线和孔径分布图,N2和样品表面的吸附一开始就是多分子层吸附,该曲线为典型的第Ⅳ类等温线,曲线的前半段上升缓慢,并呈向上凸的形状,表明吸附由单分子层向多分子层过渡,曲线后半段等温线急剧上升,直到接近饱和蒸气压也未呈现出吸附饱和现象,表明制备的 SiO2气凝胶材料中含有一定的中孔和大孔,中孔和大孔中毛细管凝聚而发生大孔容积填充.Ⅳ类等温线也说明对应的气凝胶材料的孔径吸附范围是从小的分子级孔到中孔、大孔的较连续、较完整的孔的系统.从图孔径分布中可明显看出,SiO2气凝胶的孔径分布在 0～20 nm,主要集中在 10 nm左右,材料含有微孔、中孔和大孔,是典型的纳米孔材料.吸附脱附曲线在压力P/P0=0.55～0.93的区间内出现回线,回线的类型是属于 H2型的,H2型说明是微粒子体系的集合体,与 SiO2气凝胶的纳米级球形粒子的堆积结构相吻合.根据 Kelvin方程,孔隙越大,凝聚所需要的饱和蒸汽压越高,滞后环中吸附曲线和脱附曲线的分离处的相对压力越高,说明毛细孔的孔隙愈大.曲线在 0.93处分离,说明材料中以大孔和中孔为主,样品 BET比表面积为927.37 m2·g-1.图 5为 SiO2气凝胶红外光谱图,谱线中 3 438 cm-1和 1 642 cm-1为 -OH伸缩特征峰,在 955 cm-1附近出现的峰为 Si-OH的吸收峰,1 081 cm-1附近的吸收峰为 Si-O-Si反对称伸缩振动,在 805 cm-1附近为 Si-O-Si对称伸缩振动,在 565 cm-1处为 Si-O-Si弯曲振动.Si-O-Si峰的强度明显比其它峰的强度大,这是因为SiO2气凝胶的网络骨架结构是 Si-O-Si,该基团含量比较高.如图 6所示,SiO2气凝胶的 XRD曲线不显示明显的特征结晶衍射峰,在23°左右有一弥散的衍射峰,并且该峰的强度还比较小,表明 SiO2气凝胶为无序非晶结构. (1)CO2超临界干燥优化工艺条件:CO2流量为12 kg·h-1;干燥釜温度45℃;干燥压力 13 m Pa;干燥时间 6 h.(2)优化条件气凝胶的比表面积927.37m2·g-1,密度0.195 6 g·cm-3.该样品由球形纳米颗粒堆积而成,颗粒尺寸范围 0～20 nm左右,孔径分布主要集中在 10 nm左右,是连续的非晶结构纳米介孔材料,其性能明显优于常压干燥制备的样品.【相关文献】[1] SOLEIMAN ID A,ABBASIM H.Silica aerogel,synthesis,p ropertiesand characterization[J].JournalofM aterials Processing Techno logy,2008,199:10-26.[2] YAO Lan-fang,LU feng-qin,YUEChun-xiao,et al.Hydrophobic behaviorof nanoporous silica film sw ith low refractive index[J].Journalof the Chinese Ceram icSociety,2008,36(2):139-143.(in Chinese)[3] BELLUNATOA T,BRAEMB A.AerogelasCherenkov radiator forR ICH detectors[J].Nuc lear Instrum entsandM ethods in PhysicsResearch A,2003,502:227-230.[4] VENKATESWARA R A,SHARAD D B.Synthesis and physical p ropertiesof TEOS-based silica aerogels p repared by two step(acid-base)so l-gelp rocess[J].So lid State Sciences,2004,6:945-952.[5] GAO X iu-xia,ZHANGW ei-na,RENM in,et al.Progress in the study of silicaaerogels[J].JournalofChangchun University of Science and Technology,2007,30(1):86-91.(in Chinese)[6] JYOTIL G,VENKATESWARER A,UZMA K H.B.Hydrophobic and low density silica aerogels dried atam bientp ressure using TEOS p recursor[J].JournalofA lloys and Compounds,2009,471:296-302.[7] N ICHOLASL,SUDH IRM,WANG X J.Po lym er nano-encap su lation of temp latedm esopo rous silicamono lithsw ith imp roved m echanicalp roperties[J].JournalofNon-C rystalline So lids,2008,54:632-644.[8] ANAPPAREA,RAJESHKUMAR S,MUKUNDAN P,et al.Impedance spectroscop ic studiesof so l-gel derived subcritically dried silica aerogels[J].A ctaM aterialia,2004,52:369-375. 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二氧化硅气凝胶结构
二氧化硅气凝胶结构二氧化硅气凝胶是一种由二氧化硅（SiO2）组成的多孔材料，具有很多独特的性质和应用潜力。
它的结构可以通过不同的方法制备得到，包括溶胶-凝胶法、超临界干燥法、热解法等。
首先，二氧化硅气凝胶的基本结构是由无数的互相连接的三维链状骨架组成的。
这些链状骨架由硅原子和氧原子组成的四面体结构（SiO4）通过共价键连接而成。
在这个结构中，硅原子通过共享电子对与周围的氧原子相连，形成了强大的硅-氧化合键。
其次，二氧化硅气凝胶的骨架中还存在大量的孔隙，这些孔隙是由链状骨架之间的空隙产生的。
这些孔隙可以分为两类：介孔和微孔。
介孔是直径在2到50纳米之间的孔隙，而微孔的直径则小于2纳米。
这些孔隙的存在使得二氧化硅气凝胶具有很大的比表面积，通常可以达到500-1000平方米/克。
这种高比表面积使得它具有优异的吸附性能，可以吸附一些有害物质、金属离子和有机物等。
另外，二氧化硅气凝胶的结构中还存在着分散相，例如水、有机溶剂等。
这些分散相会填充在孔隙中，使得整个气凝胶形成了一个连续相。
此外，分散相的极性也会影响二氧化硅气凝胶的物化性质，例如导电性、透明性等。
值得一提的是，由于二氧化硅气凝胶的结构具有很高的开放性和多孔性，它通常具有很低的密度（约为0.1-0.3 g/cm³），使得它成为一种轻质材料。
此外，由于其结构具有良好的隔热性能和低热导率，二氧化硅气凝胶也被广泛应用于保温材料、隔热材料和消声材料等领域。
总结来说，二氧化硅气凝胶的结构是一个由三维链状骨架和孔隙构成的多孔材料。
骨架由硅原子和氧原子组成的四面体结构通过共价键连接而成，而孔隙则是由链状骨架之间的空隙产生的。
这种结构使得二氧化硅气凝胶具有很高的比表面积、低密度和良好的吸附性能。
气凝胶材料的合成与表征
气凝胶材料的合成与表征近年来，气凝胶材料作为一种新型材料备受关注。
它具有低密度、高孔隙率和极大比表面积的特点，被广泛应用于各个领域，如能源存储、催化剂、吸附剂等。
本文将从气凝胶材料的合成方法和表征手段两个方面进行探讨。
一、气凝胶材料的合成方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是最常用的合成气凝胶材料的方法。
它的原理是将适量的溶胶浸泡在溶剂中，然后通过凝胶化反应形成气凝胶。
这种方法可以制备出具有多孔结构的气凝胶材料，并且具有较高的可控性。
2. 超临界干燥法超临界干燥法是一种利用超临界流体替代常规溶剂进行干燥的方法。
在高压下，液体将转变为超临界流体，具有较低的表面张力和较高的扩散性，可以实现材料表面的均一干燥。
这种方法可以保持气凝胶的孔隙结构和比表面积，同时避免了溶胶-凝胶法中的晶化过程。
3. 模板法模板法是通过将溶胶浸渍到模板孔隙中，然后使其凝胶化形成气凝胶材料。
模板可以是有机物或无机物，通过控制模板孔隙的大小和形状，可以得到具有特定结构和孔径分布的气凝胶材料。
二、气凝胶材料的表征手段1. 扫描电子显微镜（SEM）SEM可以直观地观察气凝胶材料的形貌和孔结构。
通过调节电子束的能量和扫描速度，可以得到不同放大倍数下的图像，从而了解材料的孔隙连接情况、孔径分布等信息。
2. 氮气吸附-脱附（BET）法BET法是常用的气凝胶材料比表面积测量方法。
通过在不同相对压力下测量材料的氮气吸附量，可以计算出气凝胶材料的比表面积、孔体积和孔径分布。
3. X射线衍射（XRD）XRD可以用于分析气凝胶材料的晶体结构和晶相组成。
通过分析材料的衍射峰位置和强度，可以确定气凝胶中晶体的晶胞参数和结晶度。
4. 热重分析（TGA）TGA可以用于分析气凝胶材料的热稳定性和热分解过程。
通过测量材料在不同温度下的质量变化，可以得到材料的热分解温度和热分解产物。
综上所述，气凝胶材料的合成和表征是研究和应用气凝胶的重要环节。
合成方法的选择和改进可以得到具有特定结构和性能的气凝胶材料，而表征手段的使用可以了解材料的微观结构和性质。
气凝胶超临界干燥法
气凝胶超临界干燥法
气凝胶的超临界干燥法是一种制备高性能气凝胶的关键技术，它通过控制压力和温度使得溶剂达到其本身的临界点。
在超临界状态下，溶剂会表现出介于气体和液体之间的特性，包括无明显的表面张力。
这种干燥方法能够确保在干燥过程中保持气凝胶的骨架结构不被破坏。
以下是超临界干燥法制备气凝胶的基本步骤：
1、前驱体溶液制备：首先，选择合适的前驱体材料并配制成溶胶，这些溶胶通常包含金属氧化物、有机硅或碳等成分。
2、溶胶-凝胶转变：将前驱体溶液进行凝胶化处理，形成具有一定孔隙结构的湿凝胶。
3、超临界干燥：这是最关键的一步。
将湿凝胶置于高压釜中，并逐步升高温度和压力至溶剂的临界点以上。
此时溶剂转变为超临界流体，没有明显的表面张力，可以轻松地从凝胶网络中脱除而不引起结构塌陷。
4、降温降压：在保持凝胶骨架结构不变的情况下，缓慢降低系统中的温度和压力，使超临界流体重新转变为气体并完全逸出。
5、后处理：取出干燥后的气凝胶，进行必要的清洗以去除残留的溶剂或其他杂质，并可能进行进一步的热处理或表面改性以优化性能。
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凝胶的结构和性质在很大程度上决定了其后的干燥、致
密过程，并最终决定材料的性能。
溶胶一凝胶法所制备的凝
胶依据干燥的方法不同有不同的表述，由超临界干燥制得的
凝胶称为气凝胶，由直接干燥制备的凝胶称为干凝胶，而由冷
冻干燥法制备的凝胶则称为冻凝胶。
因此目前应用溶胶一凝
胶法制备的木材一无机质复合材料均属于木材一于凝胶无机
质复合材。
木材与气凝胶网络之间从化学理论上看，虽然不存在直
接的共价键的作用，但木材与ＳｉＯ，气凝胶两相之间能够形成
很强的氢键作用和缔合／平衡相互作用，使两相体系表现出与
存在共价键时相似的特性，使木材与ＳｉＯ，气凝胶两相达到
“分子水平”的复合。
因此，木材与ＳｉＯ，气凝胶可有如下反应
方程式。
木材的纤维素、半纤维素和木质素存在的活性官能团
均有可能参加反应，有待进一步分析研究。
根据这个反应方程
式，木材与ＳｉＯ，气凝胶的结合有两种结合方式，即氢键作用和
缔合／平衡相互作用两种方式共同存在，形成某种平衡。
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２．２木材／ＳｉＯ，气凝胶复合材及块凝胶的结构形态按照本文方法制得的气凝胶在自然光下为带有篮色的透明块状固体，这是由于其纳米结构导致了强烈的瑞利散射，有一定的强度，但受压易碎，如图ｌ。
而普通干燥条件下获得的干凝胶呈玻璃样碎块，密度和强度较大，但受压易碎。
根据扫描电镜可以观察到ＳｉＯ，气凝胶的微细网络结构，所制备的ＳｉＯ，气凝胶的扫描电镜照片如图２所示。
可以看出超临界干燥的ＳｉＯ，气凝胶在微观结构上有良好的网络结构。
图ｌｓｉｏ：气凝胶的宏观结构
图２扫描电镜下ｓｉ０２气凝胶的微观结构，（ａ，ｘ１０００：ｈ，×１００００）透射电镜可以清楚地反映出这种气凝胶网络结构的ＳｉＯ，粒子大小，图３是同种凝胶的透射电镜照片，通过统计分析，ＳｉＯ，气凝胶颗粒尺度１７～９６ｎｍ。
Ｆｒｉｃｋｅ描述了ＳｉＯ：气凝胶的结构ｍ１．本工艺制备的气凝胶结构完全符合典型的气凝胶结构。
图３透射电镜下ＳｉＯ，气凝胶的微观结构（×２０００００）将木材试件用滑走式切片机制取表面光洁的具有代表性的木材薄片，用前述工艺制备木材／气凝胶复合材，从宏观看试件外观并无变化，用扫描电镜从外表面开始向木材内部扫描拍照．得到木材／气凝胶复合材扫描电镜照片（见图４）。
将木材／气凝胶图片同素材图片进行比较分析，结果ＳｉＯ，气凝胶在木纤维分子横切面中有填充，并分布均匀，导管分子和木纤维分子从弦切面看，其细胞腔中没有ＳｉＯ，气凝胶被填充，基本保持了木材的多孑Ｌ性结构。
细胞壁与ＳｉＯ，气凝胶紧密结合，细胞壁上的纹孔被气凝胶均匀填充。
图４木材／气凝胶复合材扫描电镜照片（ａ．Ｘ１００：ｌ，。
×５００：横切面。
Ｃ．×５０００；ｄ。
×１００００；弦切面）
２．３气凝胶的卡Ｈ组成
图５为所制备ＳｉＯ：气凝胶的ＸＲＤ图谱。
（下转２
８页）
超临界干燥制备木材-SiO2气凝胶复合材料及其纳米结构
作者：邱坚， 李坚， Qiu Jian， Li Jian
作者单位：东北林业大学,哈尔滨,150040
刊名：
东北林业大学学报
英文刊名：JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY
年，卷(期)：2005,33(3)
被引用次数：13次
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13.史非常压干燥制备SiO<,2>气凝胶及其结构、性能研究[学位论文]博士 2006
引用本文格式：邱坚.李坚.Qiu Jian.Li Jian超临界干燥制备木材-SiO2气凝胶复合材料及其纳米结构[期刊论文] -东北林业大学学报 2005(3)。