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《国防科学技术大学》 2005年
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金属/二氧化硅复合气凝胶和低成本疏水二氧化硅气凝胶的研究

陈一民  
【摘要】: 气凝胶材料具有多孔性、大比表面积和低密度等结构特征,是一种具有许多奇异性质的轻质纳米多孔性材料,应用领域广泛。气凝胶作为催化剂或催化剂载体和隔热材料在实际应用中显示了十分明显的优势,具有良好的应用前景。为了推广和使用气凝胶,进一步改进气凝胶制备技术、提高气凝胶的性能和降低气凝胶的成本成为新的发展方向。 本文首次采用含金属(Fe、Co、Ni或Cu)硅酸乙酯(M-TEOS)为原料的原位反应法来制备含金属-氧-硅桥二氧化硅气凝胶,并经氢气高温还原制得金属/SiO_2复合气凝胶。研究结果表明:由于形成了金属-氧-硅桥的复合微观结构形式的含金属凝胶,从而使制备高含量金属/二氧化硅气凝胶成为可能。原位反应法制备气凝胶金属/SiO_2复合气凝胶时的金属保留率高达90%,可通过控制原料中的金属含量来制备所需金属含量的金属/SiO_2复合气凝胶。 论文详细研究了M-TEOS的溶胶-凝胶工艺条件对溶胶-凝胶过程和金属/SiO_2复合气凝胶结构和性能的影响;与含金属氧桥二氧化硅气凝胶比较,金属/SiO_2复合气凝胶的孔径及孔体积增大,比表面积下降。金属/SiO_2复合气凝胶的比表面积随金属含量和还原温度的不同,在170~620m2/g范围内变化,气凝胶的粒径大部分小于10nm,大部分孔径在0-35nm范围内,具有典型的中孔结构特征。 在乙炔的化学气相沉积(CVD)碳过程中,采用反应法制备的Fe、Co、Ni和Cu等金属/SiO_2复合气凝胶有明显的催化作用。论文详细研究了金属/SiO_2复合气凝胶中金属种类和金属含量对化学气相沉积的碳速率和碳形貌的影响;金属/SiO_2复合气凝胶用于催化CVD沉积碳时,双金属Fe-Ni/SiO_2复合气凝胶的催化活性最高,Fe/SiO_2和Ni/SiO_2复合气凝胶次之,Cu/SiO_2复合气凝胶最低;Fe或Ni/SiO_2复合气凝胶可催化气相生长碳纤维。 金属/C/SiO_2复合气凝胶与相应的金属/SiO_2复合气凝胶比较,气凝胶的孔径分布变化较大,各种孔径的孔体积均大幅度降低,总孔体积下降一个数量级,表明气相沉积反应在首先气凝胶孔范围内进行,沉积的碳黑堵塞了大部分孔洞。金属/C/SiO_2复合气凝胶在X波段(8GHz-12GHz)及Ku波段(12.4GHz-18GHz)均有吸波性能。 论文采用价廉的聚二乙氧基硅氧烷和水玻璃作为硅源,以简化疏水改性工艺和降低疏水二氧化硅气凝胶的制备成本为目的,分别设计和研究了聚二乙氧基硅
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TB383.1

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