文 献 综 述

1 引言

随着社会科学技术的不断发展，具有比表面积大^［１］、孔隙率高、密度低、吸附性强、热导率低等多种独特物理化学性质的气凝胶材料颇受人们的关注，自2000年以来，已经在光学、热学、电学等多个研究领域取得了很多突破。随着发展的需要，对气凝胶的要求越来越苛刻，防弹，环保等多种问题引起了海外学者的广泛关注，气凝胶独特的网络结构^[2-3]及高孔隙率和低密度等特点导致了气凝胶本身具有很大的脆性,并且在温度较高的环境中,半透明的气凝胶材料很难阻抗辐射热导率的影响，显然单一体系的气凝胶已经不能满足实际应用需求，复合体系材料的研究成为未来材料的发展趋势，研究表明复合材料的性质体现出更多优良的特性。新型气凝胶也将步入我们每个人的未来日常生活。本文综述了C-Al₂O₃复合气凝胶^{［４－６］}的研究进。

2 气凝胶概述

气凝胶，作为世界最轻的固体。这种新材料密度仅为3.55千克每立方米，仅为空气密度的2.75倍。气凝胶是所有已知固体材料中导热系数最低的材料，高温隔热保温是具有行业领先的保温隔热性能，且是一种柔韧且有弹性、环境友好型和易于使用的材料。能以最少的材料达到最好的保温效果。

目前，气凝胶的研究已经升入到各领域。1931年Kistler^[7]用硅酸钠为硅源,盐酸为催化剂,制备了水凝胶, 然后通过溶剂置换和乙醇超临界干燥, 首次制备了SiO₂气凝胶。在此后的几年时间里 ,Kistler制备了许多有研究价值的其它气凝胶材料, 包括Al₂O₃等气凝胶材料。在随后的30年中,气凝胶的研究一直没有什么进展,直到60年代,Teichner^［８］的研究才使气凝胶的制备有了很大发展。自80年代中期到2002年以来,溶胶一凝胶^［９］技术的发展使得气凝胶制备技术有了很大的发展。但是在2002年以后,随着纳米技术^［１０］的发展,气凝胶制备及应用^［１１］有了许多新的发展。如：（1）在”863”高技术强激光研究方面。气凝胶纳米多孔材料^［１２］具有重要应用价值，利用低于临界密度的多孔靶材料，可望提高电子碰撞激发产生的X光激光的光束质量，节约驱动能，利用微球形节点结构的新型多孔靶，能够实现等离于体三维绝热膨胀的快速冷却，提高电子复合机制产生的x光激光的增益系数，利用超低密度材料吸附核燃料，可构成激光惯性约束聚变的高增益冷冻靶。气凝胶纤细的纳米多孔网络结构、巨大的比表面积、结构介观尺度上可控，成为研制新型低密度靶的最佳候选材料。（2）在隔热材料方面^［１３］。硅气凝胶纤细的纳米网络结构有效地限制了局域热激发的传播，其固态热导率比相应的玻璃态材料低2#8212;3个数量级。纳米^［１４］微孔洞抑制了气体分子对热传导的贡献。硅气凝胶的折射率接近l，而且对红外和可见光的湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光，并阻止环境温度的红外热辐射，成为一种理想的透明隔热材料，在太阳能利用和建筑物节能方面已经得到应用。通过掺杂的手段，可进一步降低硅气凝胶的辐射热传导，常温常压下掺碳气凝胶^［１５］的热导率可低达0.013w/m.K，是目前热导率最低的固态材料，可望替代聚氨脂泡沫成为新型冰箱隔热材料。掺人二氧化钛可使硅气凝胶成为新型高温隔热材料，800K时的热导率仅为0.03w/m.K，作为军品配套新材料将得到进一步发展。（3）由于硅气凝胶的低声速特性，它还是一种理想的声学延迟或高温隔音材料。该材料的声阻抗可变范围较大(103#8212;107 kg/m².s)，是一种较理想的超声探测器的声阻耦合材料，如常用声阻匝Zp=1.5#215;l07 kg/m².s的压电陶瓷作为超声波的发生器和探测器，而空气的声阻只有400 kg/m².s。用厚度为l/4波长的硅气凝胶作为压电陶瓷与空气的声阻耦合材料．可提高声波的传输效率，降低器件应用中的信噪比。初步实验结果表明，密度在300 kg/m³左右的硅气凝胶作为耦合材料，能使声强提高30Db,如果采用具有密度梯度的硅气凝胶，可望得到更高的声强增益。作为一种新型纳米多孔材料，除硅气凝胶外，已研制的还有其它单元、二元或多元氧化物气凝胶、有机气凝胶及碳气凝胶。作为一种独特的材料制备手段，相关的工艺在其它新材料研制中得到广泛应用，如制备气孔率极高的多孔硅、制备高性能催化剂的金属#8212;气凝胶混合材料、高温超导材料、超细陶瓷粉末等。

3国内外研究现状

国外的气凝胶功能材料的研究已经深入各领域，合成电化学材料方面，以无机盐为原料制备的气凝胶电极材料将成为研究的热点。目前存在的问题是以无机盐为原料合成气凝胶材料的机理不明，所生成材料的结构不是非常清楚,在热处理时非晶态材料向特定晶型材料的转变机理不明确，对生成所需晶型的控制等都有待进一步研究。合成光学材料方面，合成多孔硫族化物半导体光学材料是一个新的研究领域,通过在制备过程中控制孔的结构、大小和半导体硫族化物纳米晶的大小等可调整其光学特征。磁性材料方面，可制备多孔的 CoFe₂O₄-SiO₂ 复合气凝胶材料^{［１６－１８］}，虽然该材料中CoFe₂O₄的含量只有10%，但是获得的磁场是25Oe，并且具有很好的磁滞回线。该技术在制备各向异性磁性材料方面具有潜在应用。合成高强度气凝胶方面，通过对SiO₂气凝胶的二次粒子进行表面修饰，可使其强度大大提高，有的强度可提高 3-4个数量级。

国内对气凝胶的研究一般限于硅气凝胶和碳气凝胶方面的研究,对其它气凝胶的研究和应用很少.与国外对各种气凝胶及其应用的研究做大量研究相比,还有较大差距。

4 C-Al₂O₃复合气凝胶制备方法探讨