[發明專利]一種納米線/硅鋁氣凝膠復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201910295540.X
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN111807810A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 陳曉紅;張月;宋懷河
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C04B30/02
• 分類號: C04B30/02;C04B38/06;C04B111/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種用二氧化硅納米線增強硅鋁氣凝膠復合材料的制備方法。以六水合氯化鋁、正硅酸乙酯為共前驅體，水和乙醇為溶劑制備的硅鋁氣凝膠作為基體，二氧化硅納米線作為增強劑，經過復合、超臨界干燥工藝制備得到了具有優良性能的二氧化硅納米線/硅鋁氣凝膠復合材料。所得的氣凝膠復合材料樣品密度低，比表面積高，力學性能強，耐高溫性能好。該制備方法工藝簡單，操作靈活，易于大量生產。

技術領域

本發明屬于無機納米多孔材料制備技術領域，具體涉及一種二氧化硅納米線/硅鋁氣凝膠復合材料的制備方法。

背景技術

氣凝膠是一種以納米粒子或高聚物分子為骨架，具有三維網絡結構納米多孔固態材料，它獨特的結構使其具有低密度、高孔隙率、高比表面積、低熱導率等優良特性，在航空航天、建筑、能源、信息、催化、環保等領域具有極大的應用前景。

從組成上來說，氣凝膠主要分為無機氣凝膠、有機氣凝膠和炭氣凝膠，目前無機氣凝膠的研究最為廣泛，如SiO₂氣凝膠、Al₂O₃氣凝膠、ZrO₂氣凝膠及Al₂O₃-SiO₂二元復合氣凝膠等；Al₂O₃-SiO₂氣凝膠既提高了Al₂O₃氣凝膠的高溫穩定性，又可以彌補SiO₂氣凝膠使用溫度低的缺陷；如今有人研究了一種以擬薄水鋁石、正硅酸乙酯為前驅體，經過溶膠-凝膠、干燥、煅燒等工藝，制備Al₂O₃-SiO₂復合氣凝膠的方法，本發明具有操作安全、能耗低、原料廉價等優點，但是工藝較復雜；硅鋁氣凝膠和二氧化硅氣凝膠一樣，由于納米多孔的網絡結構特征，存在著力學性能較差、結構易于坍塌的問題，極大地限制了其在相關領域的應用；目前添加增強體增強氣凝膠是改善氣凝膠力學性能的主要方法，主要的增強體有莫來石纖維、玻璃纖維、碳纖維等，中國專利CN201810530541.3以氣凝膠為基體,纖維為增強體,采用硅溶膠、改性溶液和堿性溶液的混合液作為浸漬處理試劑，制備了纖維增強氣凝膠復合材料，該工藝過程簡單,操作方便,有利于大規模化生產；然而，大部分纖維由于存在表面張力的問題，與氣凝膠基體不能良好結合，使制備的氣凝膠復合材料容易出現掉渣嚴重及高溫卷曲等問題；一些微米級的纖維增強體在改善氣凝膠力學性能的同時，還會造成氣凝膠復合材料的比表面積大幅減小，熱導率明顯增加，很大程度上限制了纖維/氣凝膠復合材料的應用范圍和使用壽命。

為避免出現上述問題，因此使用納米級的SiO₂納米線作為增強體來改善Al₂O₃-SiO₂氣凝膠的力學性能，SiO₂納米線具有良好的熱穩定性、機械強度、低密度、高比表面積和大的長徑比，而且易于制備，其表面與氣凝膠顆粒具有良好的結合力，在改善氣凝膠力學性能的同時，SiO₂納米線由于是納米級尺寸，對于復合材料的比表面積和熱導率影響不大。

發明內容

將制備的二氧化硅納米線通過物理方法均勻地分散在硅鋁溶膠中，經過溶膠-凝膠過程，結合超臨界干燥技術，制備出SiO₂納米線增強Al₂O₃-SiO₂氣凝膠的復合材料。

為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是：一種SiO₂納米線/Al₂O₃-SiO₂氣凝膠復合材料的制備方法，按下述步驟制得：