收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2015年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

双先驱体有机—无机杂化氧化硅气凝胶的孔结构控制及性能分析

郁万军  
【摘要】:气凝胶具有的独特纳米三维网络骨架结构使其呈现许多优异的性能。但是,纤细脆性的多孔结构所带来的强度低、韧性差等缺点又极大限制了气凝胶材料的应用。如何实现材料的柔性化已经成为气凝胶材料研究领域的热点。其中,通过选择含有特殊官能团的先驱体所制备的有机—无机杂化气凝胶,可使气凝胶在具备传统多孔结构及优良性能的基础上,实现气凝胶的柔性化目标。本研究采用甲基三甲氧基硅烷(methyltrimethoxysilane,MTMS)和二甲基二甲氧基硅烷(dimethyldimethoxysilane,DMDMS)作为双先驱体,基于溶胶—凝胶法和超临界干燥技术,制备了双先驱体有机—无机杂化Si O2气凝胶。同时,为了提高有机—无机杂化Si O2气凝胶的综合性能,采用真空浸渍法对该材料进行了改性处理,获得了真空浸渍双先驱体改性Si O2气凝胶。分别对这两类材料进行了组织结构表征和力学、热学性能分析。首先,利用醋酸水溶液为溶剂、尿素为碱性催化剂、十六烷基三甲基溴化铵(n-hexadecyltrimethylammonium bromide,CTAB)为表面活性剂,通过改变双先驱体MTMS和DMDMS之间的比例,采用一步溶胶—凝胶法制备了不同工艺参数的有机—无机杂化Si O2气凝胶。对该气凝胶的微观形貌和孔结构特征等方面进行了表征和分析。重点研究了不同先驱体比例下Si O2气凝胶孔结构特征的变化。结果显示,制得的双先驱体Si O2气凝胶属于非晶多孔材料。随着DMDMS含量的增加,Si O2气凝胶的骨架和孔隙尺寸由纳米尺度过渡到微米尺度。这是由于–CH3基团的引入,造成分子之间排斥力增大,线状Si-O-Si键增多,从而导致了气凝胶的孔径以及骨架尺寸增大,比表面积和总孔容降低。因此,通过选择双先驱体MTMS和DMDMS间的相对含量,可实现有机—无机杂化Si O2气凝胶材料的孔结构控制。随后,以微米尺度的样品M3D2气凝胶为多孔基体,以纳米尺度的样品M5D0溶胶为液态填充相,采用真空浸渍法,将M5D0溶胶浸入到M3D2多孔结构中,经超临界干燥,制备了真空浸渍双先驱体改性Si O2气凝胶。微观组织结构和孔结构分析结果显示,纳米级凝胶颗粒能够完整填充微米级孔隙,形成了复合的多孔结构气凝胶材料。真空浸渍对双先驱体气凝胶的分子结构影响不大,但由于单先驱体气凝胶的浸入,致使改性气凝胶中环状Si–O–Si键增多。由于M5D0的浸渍,与样品M3D2相比,改性气凝胶的比表面积增加,孔径变小。不同先驱体比例制备的气凝胶力学性能差别较大。随着DMDMS含量的增加,气凝胶塑性增加,但强度降低。较具有高脆性的单先驱体M5D0气凝胶而言,双先驱体M3D2气凝胶呈现出良好的柔韧性。干燥条件对气凝胶的影响较大。经超临界干燥的气凝胶在柔韧性和强度方面均明显优于常压干燥的气凝胶。传热特性测试结果显示,M5D0气凝胶具有较低的热导率,M3D2气凝胶的热导率有一定程度的升高。气凝胶的隔热性能随着DMDMS含量的增加而降低。这与孔径、颗粒直径变大,导致孔隙率降低所致。通过真空浸渍改性处理的气凝胶综合了力学和隔热两方面的性能,赋予改性气凝胶较好的综合性能。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:O648.17

手机知网App
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 方旻翰;氧化硅基气凝胶的多尺度模拟及实验研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
2 骆金;氧化硅—纤维素纳米晶气凝胶的微结构调控及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 殷帅;吴会军;丁云飞;廖云丹;;疏水SiO_2气凝胶的常压制备及应用进展[J];材料导报;2011年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 何飞;SiO_2和SiO_2-Al_2O_3复合干凝胶超级隔热材料的制备与表征[D];哈尔滨工业大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 杨双喜;SiO_2/C杂化气凝胶的合成及结构研究[D];北京化工大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 黄健;房猛;张爱满;吕正航;马保国;李相国;蹇守卫;;疏水性SiO_2气凝胶常压干燥制备与表征[J];硅酸盐通报;2018年01期
2 王珊;王欢;杨建明;吴会军;;气凝胶节能玻璃的研究与应用进展[J];建筑节能;2016年08期
3 杨建明;吴会军;钟支葵;何石泉;王沫然;;石英玻璃纤维/气凝胶复合材料的热导率计算及优化[J];材料导报;2016年10期
4 杨建明;吴会军;王沫然;;预测纤维增强气凝胶复合材料热导率的研究进展[J];材料导报;2015年11期
5 王宝民;马海楠;韩瑜;张源;;粉煤灰制备SiO_2气凝胶及其复合材料的研究进展[J];材料导报;2012年09期
6 王宝民;韩瑜;宋凯;;SiO_2气凝胶增强增韧方法研究进展[J];材料导报;2011年23期
7 杨丽修;吴会军;王欢;丁云飞;;气凝胶薄膜制备的研究进展[J];材料导报;2011年S2期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 蒋莹莹;基于晶体生长和气凝胶技术制备芳砜纶热防护纺织品[D];东华大学;2017年
2 孙丰云;块状SiO_2气凝胶与TiO_2/SiO_2复合气凝胶的常压制备及性能研究[D];成都理工大学;2016年
3 赵红;SiO_2气凝胶/纤维复合隔热包装材料的制备及隔热机理研究[D];哈尔滨工程大学;2014年
4 韩露;SiO_2纳米孔绝热材料的基础研究及其制备和应用[D];东北大学;2013年
5 王慧;SiO_2气凝胶及其复合材料的制备与性能研究[D];华南理工大学;2010年
6 高庆福;纳米多孔SiO_2、Al_2O_3气凝胶及其高效隔热复合材料研究[D];国防科学技术大学;2009年
7 张永存;多孔材料传热特性分析与散热结构优化设计[D];大连理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 李亚;RF/SiO_2和C/SiO_2气凝胶的孔结构控制及性能分析[D];哈尔滨工业大学;2016年
2 郁万军;双先驱体有机—无机杂化氧化硅气凝胶的孔结构控制及性能分析[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 杜姗;Al_2O_3气凝胶充填非石墨化泡沫碳的干燥工艺及抗氧化涂层研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
4 段晓佳;Al_2O_3/C杂化气凝胶和Al_2O_3气凝胶的制备及表征研究[D];华东理工大学;2012年
5 龚惠青;MTMS基疏水型硅气凝胶的常压制备及增强改性研究[D];湖南工业大学;2009年
【同被引文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 刘伟帅;交联环氧树脂TGDDM结构与性能的分子动力学模拟[D];中北大学;2016年
2 郁万军;双先驱体有机—无机杂化氧化硅气凝胶的孔结构控制及性能分析[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 杨雯;纤维素/SiO_2复合气凝胶的原位合成及组织结构表征[D];哈尔滨工业大学;2014年
4 于升章;聚脲气凝胶的多尺度建模与动力学模拟[D];石家庄铁道大学;2014年
5 葛春醒;纳米孔隙气相导热系数的分子动力学模拟[D];哈尔滨工业大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王欢;吴会军;丁云飞;;气凝胶透光隔热材料在建筑节能玻璃中的研究及应用进展[J];建筑节能;2010年04期
2 李贵安;朱庭良;叶录元;邓仲勋;张亚娟;焦飞;郑海荣;;原位法常压干燥制备疏水SiO_2气凝胶及其热稳定性[J];物理化学学报;2009年09期
3 朱建军;姚晶;吕晓萌;丁建林;杜飞虎;谢吉民;;超疏水介孔二氧化硅气凝胶的常压制备与性能表征[J];硅酸盐学报;2009年04期
4 徐翔;周斌;刘春泽;周昌鹤;沈军;吴广明;徐超;;ICF实验用气凝胶类材料的研究及应用进展[J];材料导报;2008年10期
5 王娟;陈玲;徐建国;冯坚;;SiO_2气凝胶薄膜的介电性能[J];新技术新工艺;2008年06期
6 晏良宏;蒋晓东;江波;吕海宾;袁晓东;;利用氟硅烷提高溶胶-凝胶SiO_2增透膜的疏水性[J];强激光与粒子束;2007年08期
7 倪文;梁涛;杨海龙;徐国强;;以工业水玻璃为原料制备纳米孔SiO_2气凝胶块体材料[J];河南化工;2007年01期
8 任洪波;万小波;张林;袁光辉;修鹏;张勇;;改性SiO_2气凝胶制备及其在ICF实验中的应用[J];强激光与粒子束;2006年08期
9 高庆福;冯坚;成慧梅;周仲承;王娟;张长瑞;;纳米多孔SiO_2薄膜疏水性的研究进展[J];材料导报;2005年11期
10 史非;王立久;;环境气压干燥制备多孔SiO_2气凝胶的研究进展[J];材料导报;2005年04期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 武志刚;ZrO_2和ZrO_2-SiO_2复合氧化物气凝胶的制备、表征及其应用[D];山西大学;2004年
2 李文翠;新型纳米材料炭气凝胶的制备、表征及应用研究[D];大连理工大学;2002年
3 王英滨;常压干燥溶胶—凝胶法制备SiO_2气凝胶及其性能的实验研究[D];中国地质大学(北京);2003年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 何飞;郁万军;方旻翰;赫晓东;李明伟;;基于双硅氧烷先驱体制备的氧化硅基气凝胶研究进展[J];无机材料学报;2015年12期
2 乐弦;章婷;贾欢欢;李华鑫;向军辉;;气凝胶材料的发展趋势与应用前景[J];工程研究-跨学科视野中的工程;2017年06期
3 李君;李坚;刘一星;邱坚;;有机气凝胶的制备、特性及在木材科学中的应用[J];东北林业大学学报;2008年12期
4 王珏,周斌,吴卫东,沈军;硅气凝胶材料的研究进展[J];功能材料;1995年01期
5 张泽;王晓栋;吴宇;邹文兵;吴学玲;沈军;;气凝胶材料及其应用[J];硅酸盐学报;2018年10期
6 ;中科院苏州纳米所等在高分子气凝胶领域获系列进展[J];中国粉体工业;2015年06期
7 章婷;赵春林;乐弦;贾欢欢;向军辉;;气凝胶研究进展[J];现代技术陶瓷;2018年01期
8 张震;冯军宗;姜勇刚;刘平;张秋华;卫荣辉;陈翔;冯坚;;利用离子液体制备无机气凝胶的研究进展[J];材料导报;2018年09期
9 黎白钰;李响;;气凝胶的制备与应用[J];广东化工;2018年07期
10 王馨博;栾志强;李凯;栗丽;唐腾飞;;气凝胶在气体吸附净化中的应用研究进展[J];材料导报;2018年13期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张秀华;赵海雷;何方;仇卫华;吴卫江;;热处理温度对硅气凝胶结构的影响[A];第十三届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2004年
2 闫彭;杜艾;许维维;周斌;;异氰酸酯增强二氧化硅气凝胶的力学性能[A];第十二届全国核靶技术学术交流会会议论文摘要集[C];2013年
3 姚先周;胡子君;孙陈诚;李俊宁;张宏波;;二氧化硅气凝胶微结构的热设计[A];复合材料:创新与可持续发展(下册)[C];2010年
4 邓忠生;黄耀东;魏建东;杨靖;王珏;沈军;陈玲燕;吴爱梅;;二氧化硅气凝胶的表面修饰研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
5 刘宁;汤丽鸳;沈璐璐;梁端怡;符若文;;有机气凝胶的磺化研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
6 常智;赵海雷;何方;仇卫华;周国治;曲选辉;;掺杂纤维的硅石气凝胶的结构与性能[A];华北地区硅酸盐学会第八届学术技术交流会论文集[C];2005年
7 邱坚;李坚;刘一星;;用于木材功能性改良的有机气凝胶合成[A];纳米材料与技术应用进展——第四届全国纳米材料会议论文集[C];2005年
8 潘学诗;刘明贤;甘礼华;徐子颉;郝志显;李剑;陈龙武;;掺杂铝对硅气凝胶的结构与热稳定性的影响[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
9 张波;蒋伟阳;周斌;沈军;王珏;;硅气凝胶中化学气相沉积硅的光致发光[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年
10 王珏;沈军;张波;蒋伟阳;陆献平;;有机气凝胶的热传输机理研究[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 邹军锋;气凝胶材料助力装备升级换代[N];中国航天报;2015年
2 百川;气凝胶实现低成本定制化生产[N];中国化工报;2015年
3 竞杰;2017年气凝胶产业大事记[N];中国建材报;2018年
4 记者 吴长锋;新型气凝胶隔热防火为火灾时赢得逃生时间[N];科技日报;2018年
5 时报记者 王梓;气凝胶应用技术论坛成功举办[N];滨海时报;2018年
6 本报记者 常慧;气凝胶:打响管道节能的新战役[N];中国建材报;2017年
7 本报记者 毕德鹏;气凝胶产业迎来“豪迈时刻”[N];中国建材报;2017年
8 ;气凝胶驶入产业化快车道[N];中国建材报;2017年
9 张乃千;有“记忆”的“超级海绵”[N];中国国防报;2017年
10 本报记者 操秀英;气凝胶:已知最轻固体将带来怎样的未来[N];科技日报;2016年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 徐海珣;硅基复合气凝胶的制备及其应用基础研究[D];大连理工大学;2011年
2 马海楠;聚合物改性二氧化硅气凝胶的制备及性能研究[D];大连理工大学;2018年
3 赵婉瑜;聚合物先驱体陶瓷气凝胶的吸波性能调控及机理研究[D];郑州大学;2018年
4 许孔亮;仿生二氧化锰气凝胶的制备及性能研究[D];吉林大学;2018年
5 郭丽敏;增强阻燃型纳米纤维素基气凝胶研究[D];中国林业科学研究院;2018年
6 何松;二氧化硅气凝胶及其复合材料制备与吸附应用研究[D];中国科学技术大学;2016年
7 郑文芝;二氧化硅气凝胶研制及其结构性能研究[D];华南理工大学;2010年
8 魏巍;新型无机气凝胶的制备及其吸附/光催化性能研究[D];江苏大学;2014年
9 邱坚;木材/SiO_2气凝胶纳米复合材的研究[D];东北林业大学;2004年
10 计道珺;气凝胶催化剂规模化制备多壁碳纳米管的研究[D];武汉科技大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郁万军;双先驱体有机—无机杂化氧化硅气凝胶的孔结构控制及性能分析[D];哈尔滨工业大学;2015年
2 徐琴凤;碳掺杂二氧化硅气凝胶的制备与性能研究[D];西南科技大学;2018年
3 王美月;二氧化硅气凝胶及其复合材料的制备与性能研究[D];北京化工大学;2016年
4 段文超;晶面可控的金基贵金属气凝胶制备及其晶面依赖性电催化性能研究[D];山东大学;2018年
5 史明佳;纤维复合气凝胶的制备及性能研究[D];长春工业大学;2018年
6 孙雪峰;氧化铝气凝胶的制备与改性研究[D];沈阳工业大学;2018年
7 王冰;SiO_2气凝胶及其玄武岩纤维复合毡的制备及性能研究[D];武汉纺织大学;2018年
8 李聪聪;块状二氧化硅/聚酰亚胺气凝胶制备及性能研究[D];中国科学技术大学;2018年
9 周爽;纤维素基复合气凝胶的制备及性能研究[D];天津理工大学;2018年
10 刘晓慧;再生纤维素基复合气凝胶的制备及性能研究[D];西安理工大学;2018年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026