[發明專利]一種二氧化硅納米纖維增強二氧化硅氣凝膠材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201711457973.8
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108046740A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 陳林;李可;孫俊;葛道文;丁建軍;李瀟瀟;鄭康;王化;張獻;田興友
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C04B30/02
• 分類號: C04B30/02;C01B33/158;B82Y40/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發明公開了一種二氧化硅納米纖維增強二氧化硅氣凝膠材料及其制備方法，復合氣凝膠部分多孔結構與SiO2納米纖維相結合，孔隙體積比純SiO2氣凝膠的孔隙體積小，孔徑在10~20nm附近，孔隙率達97%，相對于其他纖維共混添加的方法，本發明在制備氣凝膠過程中采用了原位合成SiO2納米纖維的方法，并通過常壓干燥工藝，進一步改良了純SiO2氣凝膠過于疏松的缺點，使其具有優異的結構性能和較低的導熱系數，可以作為高效隔熱材料、真空絕熱板芯材或催化劑載體等使用。

技術領域

本發明屬于材料科學領域，具體涉及一種二氧化硅納米纖維增強二氧化硅氣凝膠材料及其制備方法。

背景技術

氣凝膠是一種具有許多優異性能的納米多孔輕質材料。其中，SiO2氣凝膠是以SiO2微粒為基本單元的多孔納米材料，有著低導熱率、低密度、高孔隙率、高比表面積、低折射率和疏水性等特性，在絕熱、建筑、航空、電子、催化和生物醫學等方面都有著廣泛的應用。

一般氣凝膠的制備通常選用超臨界干燥工藝，該方法能有效防止醇凝膠的收縮，但超臨界干燥設備條件復雜、生產成本較高且危險性較高，所以操作簡單、安全系數高的常壓干燥工藝更加受到人們的關注。常壓干燥時氣凝膠的表面張力會引起很大的毛細管力，易導致氣凝膠結構的坍塌。為避免該情況的發生可通過增強氣凝膠的骨架結構、減小氣液界面張力及增加疏水基團等方法改善。

純SiO2氣凝膠強度低、韌性差，這極大地限制了氣凝膠的實際應用，因此如何提高氣凝膠的力學性能已成為近年來十分熱門的課題內容。研究表明，采用纖維作為增強相，可以有效提高SiO2氣凝膠的力學性能。常見的添加纖維有玻璃纖維、陶瓷纖維、莫來石纖維、芳綸纖維和碳纖維等，但這些纖維的引入往往需要改性劑來提高纖維表面和二氧化硅界面之間的相容性，而復合SiO2纖維則避免了這一問題，且不會發生其他副反應。

發明內容

為克服現有技術中的欠缺之處，本發明提供了一種工藝簡單易行，孔隙率高，且具有優異結構性能和較低的導熱系數的一種二氧化硅納米纖維增強二氧化硅氣凝膠材料及其制備方法。

本發明采用以下技術方案：

一種二氧化硅納米纖維增強二氧化硅氣凝膠材料，以二氧化硅氣凝膠為基體，二氧化硅納米纖維為增強體，采用原位合成SiO2納米纖維的方法形成二氧化硅纖維復合二氧化硅氣凝膠。

其制備方法包括以下具體步驟：

(1)將含硅原料、有機溶劑與去離子水按照1：5-50：1-20的摩爾比加入容器中混合均勻，用酸調節混合溶液的pH為1-5后，于20-50℃下攪拌水解，得到混合液1；

(2)將適量分散劑、有機溶劑和有機鹽溶液按照質量比1：5.5-40：0.5-10加入容器中超聲分散，然后加入堿溶液與含硅原料，加熱到50-95℃維持0.1-2小時，得到SiO2納米纖維，洗滌過濾后分散于有機溶劑中得到混合液2；

所述堿溶液、含硅原料與分散劑的質量比為1：0.01-0.2：0.05-1；