疏水性SiO_2气凝胶与Cu掺杂SiO_2复合气凝胶的
制备及其性能研究
注：本文节选自陕西师范大学朱庭良2009年5月的硕士毕业论文
SiO_2气凝胶是目前世界上最轻的一种新型纳米多孔性非晶固态材料，其连续的网络结构可在纳米尺度控制和剪裁，具有低密度、高比表面积、低热导率和良好力学特性等很多独特的性能特点，在所有固体材料中它的隔热性最好、声传播速率最低且孔隙率较高等，因此在航天飞行器热防护系统、军用热电池以及热力、化工、冶金、消防等领域都具有广阔的应用前景，尤其是气凝胶在催化剂载体、吸附剂、气体过滤器和隔热材料方面具有良好的优势价值。

为了实现siq气凝胶的大规模生产，必须进一步改进制备SiO_2气凝胶的技术，改善气凝胶的性能(如提高比表面积)，降低气凝胶的制备成本。

目前，影响气凝胶商业化应用的主要问题是其制备工艺苛刻、复杂、周期长、难于控制、制作成本偏高等因素。

未经疏水改性制备的SiO_2气凝胶表面存在着许多经基，使得它在水中或潮湿的空气中易于吸水而导致材料的开裂，这就限制了气凝胶材料的实际应用。

传统上二氧化硅气凝胶的疏水改性，主要是在超临界条件下进行，或常压下进行表面后疏水改性处理。

但超临界干燥工艺复杂、成本高，而且有一定的危险性;表面后处理疏水改性所制备的气凝胶比表面积较低，且工艺较长。

为了制备高比表面积的疏水性510:气凝胶，促进其在诸多领域的实际应用，研究常压干燥工艺制备疏水性SiO_2气凝胶非常必要。

我们在常压下采用原位疏水改性的办法来制备疏水型二氧化硅气凝胶。

本文采用正硅酸乙醋(TE0s)、去离子水(HZO)为原料，乙醇(EtOH)为溶剂，硝酸(HNO3)和氨水伽H3.HZO)为催化剂，通过在硅醇盐酸一碱两步催化的溶胶一凝胶工艺过程中加入DN[F汀MCS混合溶液进行原位法疏水改性、结合常压干燥工艺制备出具有高比表面积的纳米疏水性SiO_2气凝胶。

研究了干燥控制化学添加剂(DCCA)N，N二甲基甲酞胺(DMF)和搅拌反应时间对溶胶一凝胶过程的影响。

利用从物理吸附，全自动x射线衍射仪(xRD)，傅立叶变换红外光谱仪(Fl’-IR)，扫描电子显微镜(sEM)等对样品的形貌结构进行了表征。

实验结果表明，气凝胶表面存在憎水性基团一H3，具有典型的连续网络多孔结构，原位疏水改性比表面后疏水改性制备的SiO_2气凝胶具有更好的疏水性和更大的比表面积，比表面积可达979mZ，g一，。

500℃热处理后，气凝胶因失去大量的一H3基团，由憎水性转为亲水性，800℃高温热处理后，疏水性SiO_2气凝胶仍处于非晶态，具有良好的热稳定性能。

1、疏水二氧化硅气凝胶的原位法制备
2、Cu掺杂510:复合气凝胶的常压制备
3、二氧化硅气凝胶的应用前景
由于二氧化硅气凝胶独特的纳米多孔结构，而表现出很多独特的性质，因此它在很多领域表现出很好的应用前景和价值。

如气凝胶己经被用于切仑科夫探测器、声阻抗藕合材料、催化剂及催化剂载体、气体过滤材料、高效隔热材料等。

①隔热保温材料
与传统隔热材料相比，具有纳米孔的siq气凝胶隔热复合材料可以用更轻质量、更小的体积达到等效的隔热效果。

②光电学方面的应用
气凝胶的纳米尺寸结构使其具有极好的光电性能，而且许多不同类型的原子或分子可以掺杂到二氧化硅气凝胶中，使气凝胶在集成电路中的应用引起了人们的极大关注，把这种材料用在集成电路中可以改进电路系统互连特性。

③声阻抗祸合材料
二氧化硅气凝胶纵向声音传播速率极低，而声阻抗随密度变化范围大，声传播主要依靠气体孔隙，它的密度和特殊结构使其能量从气相到固相的传递过程中损失很大，因此降低了声波振幅和速率，
④医药和生命科学方面的应用
硅氧化物在医药方面的研究及应用已有多年的历史，通过医学检测它对人体无害，因而在诊断剂、人造组织、人造器官及器官组件等医学领域它将具有非常广泛的应用前景
⑤环保方面的应用
由于气凝胶具有比表面积大、孔隙率高的特点，使其具有很大的吸附能力，因此SiO_2气凝胶作为吸附剂在废水处理、空气净化和核废弃物处理等环境处理中具有很好的应用前景。

⑥在催化领域中的应用
SiO_2气凝胶是一种由超微粒子构成的固体材料，超微粒子特定的表面结构有利于活性组分的分散，从而对许多催化过程产生显著的影响，其比表面积大，且孔隙率高等特点使气凝胶催化剂的活性和选择性远远高于常规催化剂，而且它还可以有效的减少副反应发生。

⑦其他方面的应用
SiO_2气凝胶因其特性在太空方面具有很好的应用前景，目前在“开创火星”任务中使用的就是5102气凝胶，而且可收集气凝胶颗粒用于保护太空镜。

材化系08高分子2008100139 姜智旭。