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《长安大学》 2012年
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低密度高绝热性能SiO_2气凝胶的常压制备及结构性能研究

康爽  
【摘要】:SiO_2气凝胶是一种具有极高的比表面积、低密度、低热导率和低声速的纳米轻质多孔材料,隔热性能优异,在保温隔热材料领域具有广阔的应用前景。作为SiO_2气凝胶制备中的重要发展方向,常压干燥法在凝胶的干燥过程中经常发生凝胶的开裂、破碎,气凝胶性能不理想。本文通过对两步法溶胶-凝胶工艺和凝胶陈化工艺的探讨,重点研究常压干燥制备SiO_2气凝胶工艺中如何避免气凝胶孔结构塌陷、凝胶开裂,以期得到一种低密度、低导热系数的SiO_2气凝胶。 本文对溶胶-凝胶过程中,酸碱间隔时间、凝胶pH值、氨水浓度对SiO_2气凝胶性能的影响做了单因素实验分析。结果表明,凝胶pH值对SiO_2气凝胶的影响较大,确定溶胶-凝胶工艺为用HCl将pH调至1~2,静置24h用4mol/L的氨水调节pH值至5~6;两步法溶胶-凝胶与一步法对比得出:两步法制得样品孔洞较多,扫描电镜图片显示样品更疏松,孔分布均匀,气凝胶密度仅是一步法44.9%,导热系数较一步法降低28.3%。对陈化过程中,老化时间、溶剂交换时间、陈化工艺顺序及陈化溶液配比对SiO_2气凝胶的性能影响进行实验分析。结果表明,不同陈化工艺顺序对SiO_2气凝胶性能影响显著,确定陈化工艺为老化48h-溶剂交换24h-老化48h-溶剂交换48h-表面修饰12h,老化溶液配比为V(TEOS):V(EtOH)=2:8。 采用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、和BET比表面积对SiO_2气凝胶典型样品的物相、比表面积、粒径、形貌和疏水及隔热性能进行测试表征。结果表面:SiO_2气凝胶为非晶态、无定形结构材料,密度为0.0903g/cm~3,孔隙率为95.9%,平均孔径9.35nm,平均粒径9.39nm,比表面积635m~2/g,导热系数0.02103W/(m·k)。样品表面呈白色,微微泛蓝,半透明状;微观形貌显示由纳米级颗粒组成,颗粒细小均匀,结构疏松,孔洞较大;疏水性能良好,接触角为125°,红外光谱分析表面有疏水的-CH_3基团;SiO_2气凝胶的导热系数随着密度的降低而降低。
【学位授予单位】:长安大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TQ427.26

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