毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

1 引用

随着现代经济发展，能源的需求越来越大，但是可用能源的短缺制约了经济的发展，为了缓解能源危机，人们越来越重视重视节能减排。气凝胶作为一种新材料是一种低密度、纳米孔的非晶态材料，具有孔隙率高、孔分布均匀、透光性好等优点。而气凝胶种类很多， 目前研究最多的是二氧化硅气凝胶，二氧化硅气凝胶是由 胶体粒子相互聚集构成的一种结构可控的轻质纳米多孔非晶态材料 , 它是目前世界上最轻的固体材料 . 由于其具有特殊连续的三维网络结构 , 在所有固体材料中它的隔热性最好 、声传播速率低 、比表面积大 、介电常数低^[1-2]。在催化 、 吸 附 、 隔热等材料领域有广阔应用前景。但目前市售疏水SiO2气凝胶在300℃就有挥发物质放出、疏水性能消失，施工过程中掉粉现象极其严重，严重影响了气凝胶在高温环境下使用，尤其是城市供热管网、注蒸汽采油管等都迫切需要一种能在400℃下长期保持疏水效果、不掉粉的新型低密度低热导率纤维增强遮光改性SiO2气凝胶材料。本文主要对二氧化硅气凝胶材料和疏水改性的综述。

2 二氧化硅气凝胶材料

2.1 概述

SiO2气凝胶是具有发达孔道结构的轻质纳米多孔材料 , 具有低密度 、高比表面 、高空隙率 、低导热系数 、 高吸附性等优良特性，是一种具有广阔应用前景的新型纳米材料。在力学、声学、热学、光学和电学等诸方面均得到广泛应用^[3-5]。

1931年Kistle^[6]用硅酸钠当做硅源，在盐酸的催化下，制备了水凝胶，通过溶剂置换和乙醇超临界干燥，制备了SiO2气凝胶。此后几年他详细的研究了SiO2气凝胶的特性，并制备了许多其它的气凝胶材料，如：Al2O3、WO3等^[7]。但是，这并没有引起其他人的重视，直到60年代，Teichner^[8]的研究才使气凝胶的制备有了很大的发展,选用有机物正硅酸四甲酯（TMOS）作为二氧化硅的原料制备硅气凝胶、甲醇为溶剂，加人一定量的水和催化剂，使之发生水解和聚合反应，直接生成醇凝胶，因而不需要长时间的溶剂交换，通过醇的超临界干燥便可获得性能良好的气凝胶材料。TMOS有毒，直到到1986年，Russog R选用正硅酸四乙酯（TEOS）和乙醇替代正硅酸四甲酯和甲醇同样成功的制备出硅气凝胶。1989年，Pekala^[9]首次合成有机气凝胶，以间苯二酚和甲醛为原料，经溶胶-凝胶聚合、溶剂置换和超临界干燥首次成功的制备了间苯二酚甲醛有机气凝胶，碳化后得到炭气凝胶。到90年代，气凝胶成为全球研究热点。目前，已研制的气凝胶多达几十种，包括炭气凝胶、无机气凝胶、复合气凝胶。

2.2 二氧化硅气凝胶的制备

目前，气凝胶材料的制备主要采用溶胶-凝胶法。与其他制备方法相比，该方法具有合成温度低、工艺设备简单、凝胶成分易控制、纯度高、化学均匀性好、参杂分布均与等特点^[10]。溶胶-凝胶法是指金属醇盐或无机盐化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而想成氧化物或其它化合物固体的方法，大致描述为三个阶段：先是在反应物溶液中生成初级粒子，然后，这种初级粒子长大形成溶胶；最后，粒子继续交联，便构成三维网络结构即凝胶^[11]。

SiO2气凝胶的制备通常是以正硅酸乙酯（Si(OCH3)4,TEOS）为母体，乙醇为溶剂，在催化剂作用下发生水解-缩聚反应^[12]，