毕业论文课题相关文献综述

文献综述

1.SiO2气凝胶的研究概况

二氧化硅气凝胶是一种由纳米量级颗粒相互聚合形成的连续三维网络结构，孔隙中充满空气介质的高分散轻质多孔非晶态材料。二氧化硅气凝胶具有高比表面积、高孔隙率、高热绝缘性、低密度、超低介电常数以及低折射系数等优异性能，且性能可随着对结构的控制而具有连续可调性。在1931年，二氧化硅气凝胶首先由美国科学家斯坦福大学的S．S．Kistler利用溶胶-凝胶方法及超临界干燥技术制得。1966年J．B．Peri利用硅酯经一步溶胶凝胶法制备出氧化硅气凝胶，从而使材料的密度更低，进一步推动了气凝胶研究的进展。20世纪70年代后期，ClaudBernard大学的Teichner实验室以正硅酸甲脂(TMOS)为原料,采用溶胶-凝胶法和超临界干燥技术制备出SiO2气凝胶，使得气凝胶的研究向前迈进了一大步。1985年Tewari使用二氧化碳为超临界干燥介质，成功地进行了湿凝胶的干燥，推动了硅气凝胶的商业化进程。近年来，科学家们又成功的利用常压干燥的方法制得硅气凝胶。由于二氧化硅气凝胶特殊的结构与性能应用十分广泛，但其制备过程和应用过程仍存在许多问题，国内外的科学家正在不断地研究完善中。

2.概述SiO2气凝胶的制备

二氧化硅气凝胶的制备主要包括溶胶-凝胶过程和湿凝胶的干燥处理两个步骤。干燥处理是制备气凝胶的关键步骤，通过合理干燥可使湿凝胶结构孔隙中溶液被空气所取代排出，避免凝胶网络结构的坍塌和破坏。现对溶胶-凝胶制备方法及不同干燥工艺的特点进行如下的简要概述。

2.1溶胶-凝胶法

目前，溶胶-凝胶法及常压干燥技术是制备的二氧化硅气凝胶的主流工艺，溶胶-凝胶工艺的实现一般有三种方法：(1)胶体粉末溶胶的凝胶化；(2)醇盐或硝酸盐前驱体经水解和缩聚形成凝胶；(3)在溶液中聚合物单体聚合或几种聚合物单体共聚形成凝胶。现以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源的制备方法为例，大体流程如下：将正硅酸乙酯、乙醇和水按一定配比混合均匀，加入酸或碱催化剂在恒定条件下搅拌均匀后在恒温条件下密封一段时间获得醇凝胶，然后加入无水乙醇进行老化，再用表面改性剂对醇凝胶进行表面改性，最后利用常压干燥方法制得气凝胶。

2.2超临界干燥工艺

超临界干燥技术是制备气凝胶的传统工艺技术，其基本原理是：当温度和压力达到或超过液体溶剂介质的超临界值时，湿凝胶孔洞中的液体无须形成气液界面而直接转化为无气液相区的流体，此时孔洞表面气液界面消失，表面张力变得很小甚至消失。当超临界流体从凝胶排出时，不会导致其网络骨架的收缩及结构坍塌，可得到具有凝胶原有结构的块状纳米多孔气凝胶材料但由于超临界干燥成本高，工艺复杂，限制了气凝胶的大规模应用。且通常制备的SiO2气凝胶表面含有大量的羟基，使得它们在空气中易吸潮，遇水破碎，影响其声学和热学性能，极大地限制了SiO2气凝胶的应用范围。

2.3常压干燥工艺