[發(fā)明專利]一種氧化鍺和氧化硅雜化氣凝膠復(fù)合材料的制備方法

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• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105693271A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊卓舒;紀(jì)勇;孟憲嫻
• 申請（專利權(quán)）人: 卓達(dá)新材料科技集團有限公司
• 主分類號: C04B38/00
• 分類號: C04B38/00;C04B35/82;C04B35/84
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氣凝膠的制備方法，具體講，涉及一種氧化鍺和氧化硅氣凝膠復(fù)合 材料的制備方法。

背景技術(shù)

氣凝膠是指以納米顆粒相互聚集構(gòu)成的納米多孔網(wǎng)絡(luò)為骨架，并在網(wǎng)絡(luò)骨架孔隙中 充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的輕質(zhì)納米固態(tài)材料。氣凝膠作為一種納米材料，除具有納米材料的 特性外，還具有其他優(yōu)異性能，如：極高的孔隙率、高比表面積、極低的密度、低的熱 導(dǎo)率和低的聲音傳播速率等，在催化、航天、醫(yī)藥、能源、建筑和冶金等方面有著巨大 的應(yīng)用前景。

美國科學(xué)家Kistler在1931年首次發(fā)明了氧化硅氣凝膠，這是一種低密度、高孔隙率 的納米多孔非晶態(tài)固體材料，透光率較高，又稱“藍(lán)煙”，孔洞中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)， 具有連續(xù)的納米級三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及孔洞，是目前世界上已知的密度最小和導(dǎo)熱系數(shù)最低 的固體材料。

現(xiàn)今，氧化硅氣凝膠已在航空航天、建筑和化工等領(lǐng)域得到大量應(yīng)用，同時，氣凝 膠種類也得到了極大豐富，如金屬氣凝膠，有機氣凝膠和碳?xì)饽z，至此越來越多的新 型氣凝膠逐步被開發(fā)出來。

氧化鍺可廣泛用于制作高純金屬鍺、鍺化合物、化工催化劑、醫(yī)藥工業(yè)，PET樹脂、 電子器件等；例如，含氧化鍺的玻璃有較高的折射率和色散性能，可作為廣角照相機和 顯微鏡鏡頭。為了進(jìn)一步拓展氣凝膠的發(fā)展，本發(fā)明將首次闡述具有獨特結(jié)構(gòu)和性能的 氧化鍺和氧化硅雜化氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，能更好的推動該類材料的發(fā)展和應(yīng) 用，同時拓寬了氣凝膠的種類，推動了氣凝膠科技的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高比表面積、低密度、高孔隙率、低導(dǎo)熱及收縮率小的氧 化鍺和氧化硅雜化氣凝膠復(fù)合材料的制備方法；本發(fā)明提供的技術(shù)方案制作工藝簡單、 易操作，且首次制備出性能優(yōu)異的氧化鍺和氧化硅雜化氣凝膠。

實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案如下：

一種氧化鍺和氧化硅雜化氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，所述復(fù)合材料包括氧化鍺和 氧化硅雜化氣凝膠、無機纖維材料，所述制備方法包括如下步驟：

1)無機纖維材料的處理：150～200℃下，干燥無機纖維4～6小時；將無機纖維浸 入按無機纖維、蒸餾水、表面活性劑及偶聯(lián)劑重量比為1：2～4：0.004～0.008：0.012～ 0.02的比例配制的表面處理劑溶液后，于160～220℃下烘干1～3小時，冷卻得表面處理 后的無機纖維；

其中，所述無機纖維為石英玻璃纖維，所述石英玻璃纖維包括在純度超過99.90％的 石英砂中摻總含量為石英砂中氧化硅質(zhì)量0.01～0.4％的氧化鋁或氧化鎵，再經(jīng)電加熱熔 融，抽拉成細(xì)石英玻璃棒，再將石英玻璃棒拉制而成；

2)氧化鍺和氧化硅雜化溶膠的制備：將鍺醇鹽、硅醇鹽、醇類物質(zhì)、去離子水和 催化劑按照摩爾比為1：0.5～1：4～20：4～10：10^-4～10^-2的比例配制混合液，攪拌10～ 20min靜置后，得氧化鍺和氧化硅雜化溶膠；

3)浸滲：用步驟2)的氧化鍺和氧化硅雜化溶膠浸滲經(jīng)步驟1)處理后的無機纖維 材料；

4)制備氧化鍺和氧化硅雜化氣凝膠復(fù)合材料：于50～80℃下，使步驟3)所得浸滲 物中的氧化鍺和氧化硅雜化溶膠發(fā)生膠凝，得氧化鍺和氧化硅雜化凝膠；20～50℃老化 20～50h后，經(jīng)乙醇或二氧化碳超臨界干燥得氧化鍺和氧化硅雜化氣凝膠復(fù)合材料。

進(jìn)一步的，所述硅醇鹽為甲氧基硅或乙氧基硅。所述鍺醇鹽為甲氧基鍺或乙氧基鍺。

進(jìn)一步的，所述醇類物質(zhì)為甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。所述催化劑為鹽酸、硫酸、 磷酸、甲酸、乙酸、乙二酸或氫氟酸。所述偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨 乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷。所述表 面活性劑為十二烷基二甲基芐基氯化銨、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基二甲基氧化胺、 十二烷基二甲基胺乙內(nèi)酯或甘油聚氧乙烯醚。所述方法制備的氧化鍺和氧化硅雜化凝膠 比表面積400～500m²/g，孔隙率90～95％。

進(jìn)一步的，所述方法制備出的氧化鍺和氧化硅雜化氣凝膠復(fù)合材料在1000℃下的熱 導(dǎo)率小于0.035w/m·k，收縮率小于3.4％。

和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：