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疏水性SiO_2气凝胶与Ag/SiO_2复合气凝胶的制备及性能研究

张亚娟  
【摘要】:SiO2气凝胶特有的纳米尺寸颗粒、网络结构和巨大的比表面积,使得它在力学、声学、电学、光学、热学等方面具有许多特殊的性质,因此在基础研究和应用研究方面都有着广阔的应用前景。采用溶胶-凝胶法及超临界干燥技术制备出来的SiO2气凝胶极易吸收水分,在高温下水分蒸发易使气凝胶结构崩塌,从而降低Si02气凝胶的工业应用价值。因此,制备疏水性Si02气凝胶对提高SiO2气凝胶的实际应用性具有十分重要的意义。 由于纳米复合材料优良的性能,既可作为结构材料,又可作为功能材料的金属掺杂SiO2复合气凝胶是纳米复合材料中一个非常重要的研究课题,已受到越来越多的关注和研究。纳米银粒子在抗菌材料和催化领域有着广泛的应用,所以制备掺杂结构的Ag/SiO2复合气凝胶可提高金属Ag纳米颗粒的稳定性,使金属Ag纳米颗粒在催化、杀菌领域得到更好地运用。 本文分别用原位法和表面后处理,以正硅酸乙酉(?)(TEOS)为前驱物,以TMCS为表面疏水改性剂,在溶胶-凝胶过程中添加干燥控制化学添加剂DMF,在常压干燥条件下制备疏水Si02气凝胶。通过各种表征手段对原位法和表面后处理法制备的Si02气凝胶做了对比分析,得出以下结论:DMF能有效抑制SiO2气凝胶的龟裂;制得的原位改性Si02气凝胶呈白色粉末状,而表面后处理法所得的SiO2气凝胶是无色透明块体,均为非晶态的网络多孔结构,且组成骨架的颗粒呈大小较均匀的球形;原位疏水改性工艺可制备具有更高比表面积的Si02气凝胶;在300℃时气凝胶由疏水性变为亲水性,升温至900℃不再有差热峰,质量也基本保持不变。 在制备了改性Si02气凝胶的基础上,本文采用溶胶-凝胶法及常压干燥技术,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,在溶胶-凝胶过程中加入AgNO3和KH-550的反应物,利用甲醛的还原性,制备了不同银含量的Ag/SiO2复合气凝胶,并利用各种表征手段对制得的样品进行表征。通过对实验结果的分析,可以得出以下结论:被掺杂的银粒子具有良好的面心立方结构,并且随着复合体系中银含量的增加和热处理温度的升高,银的晶粒平均尺寸逐渐增大;制得的Ag/SiO2复合气凝胶在900℃以下具有良好的热稳定性。


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