下载文档原格式
学 年 论 文题目： SiO 2气凝胶的研究现状与应用学 生： 房斯曼学 号： 200902010204院 （系）：材料科学与工程学院专 业： 材 料 化 学指导教师： 李 翠 艳2012年 6 月 1 日SiO2气凝胶的研究现状与应用材化092 班###指导老师：李##(陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021）摘要:本文从二氧化硅的研究历史和现状出发，从制备方法、干燥工艺、性能与应用领域等方面综述了二氧化硅气凝胶的研究进展，并对二氧化硅气凝胶的发展前景进行了展望。
关键词:二氧化硅气凝胶，制备，干燥，应用Current Research and Applications of SilicaAbstract: The article reviewed the latest development and the history of the research of silica aerogel, summarized the progress of the silica aerogel research in the aspects of preparation methods, drying technologies, properties and current application. And the article also looks forward to the development prospect of silica aerogel.Keywords: silica aerogel, preparation, drying, application0 前言二氧化硅气凝胶是在保持胶体骨架结构完整的情况下，将胶体内溶剂干燥后的产物,它问世于1931年，美国科学家首先由斯坦福大学的S．S．Kistler制得了二氧化硅气凝胶。
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。
第30卷第1期长春理工大学学报Vo l 130No 112007年3月J ou rnal of Changchun Un i versit y of Science and T echnologyMa r .2007收稿日期:2006-06-12基金项目:中科院国家重点实验室基金项目(J96032GY)作者简介:高秀霞(1956-),女,副教授;主要从事化学教学与科研工作,E-m ai:l zj w1095@s i na 1co m通讯作者:朱果逸(1944-),男,研究员,博士生导师;从事分析化学及应用基础材料科研工作,E-m ai:l z huguoy@i ci ac 1jl 1cn硅气凝胶的研究进展高秀霞1,张伟娜1,任敏2,朱果逸2(11长春理工大学 化学与环境工程学院,长春 13002221中国科学院长春应用化学研究所 电分析化学国家重点实验室,长春 130022)摘 要:目前硅气凝胶是世界上最轻、隔热性最好、孔隙率较高且声传播速率较低的固体材料,由于其特殊的网络结构使其具有很多独特的性能。
本文从其研究历史及现状出发,对其性能以及在不同方面的应用和制备原理进行了综述,并对其广阔的发展前景进行了展望。
关键词:硅气凝胶;溶胶-凝胶法;超临界干燥技术中图分类号:TQ 171177 文献标识码:A文章编号:1672-9870(2007)01-0086-06Progress in t he Study of Silica AerogelsGAO X i u x i a 1,Z HANG W eina 1,REN M in 2,ZHU Guoy i2(11School of che m istry and Environmen t al E ngineer i ng,Changchun Un i ver sit y of Science and T echnology,Chang chun 130022;21St ateK e y Laboratory of Electroanal y tical Che m ist ry ,Changchun Instit ute of Appli ed Che m istry ,Chi nese Acade my of Sci ences ,Chan gchun 130022)Abst ract :Presently ,silica aeroge ls are the li g htest so lid m ateria lw hich have the best property i n ther m a l i n su lation and have the h i g her porosity ,the l o w er sound ve l o c ities in the w orld .The silica aeroge ls havem any un i q ue pr operties o w i n g to the ir special structure .Th is paper began fr o m the h istory and the study no w adays of sili c a aerogels ,then the ir properti e s ,the ir application i n different aspects and their prepared princi p le were summ arized and the ir prospect o f deve l o p m ent had been proposed .K ey w ords :silica aeroge ls ;so l-ge lm ethod ;supercritica l drying technology 硅气凝胶是一种分散介质为气体的凝胶材料,是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的一种具有网络结构的纳米多孔性固套材料,其固体相和孔隙结构均为纳米量级。
负折射率材料的特点及其应用背景自然界存在的介质都是折射率大于0的，我们常接触的材料的折射率多数都是大于1，在定性思维的误区下，人们认为介质的折射率都为正。
直到1968年，苏联物理学家维克托·韦谢拉戈（Victor Veselago）【1】提出了负折射率的理论。
由于韦谢拉戈的这一设想完全颠覆了人们所认知的光学世界，它能够使光波看起来如同倒流一般，在许多现象描述上完全背离常规，所以在相当长的时间内都不被人们认可，这种荒诞的想法没有必要去研究证明。
Veselago为了证明自己的观点开始苦苦寻求满足要求的物质，但是他失败了。
没有充足的证据证明他的猜想，渐渐地就被人们淡忘了。
19966年~1999年，英国的Pendry从理论上提出了一种由开路谐振金属环构成，具有等效的负介电常数和负磁导率的三维周期结构，【2】~【3】这一发现理论上证明了负折射率材料的可存在性，使Veselago的猜想重新摆在了人们面前。
不久，美国的Smith等在2000年金属丝板和SRR板有规律地排列在一起，制作了世界上第一块等效介电常数和等效磁导率同时为负数的介质，从实验上验证了负折射率的存在。
【4】~【5】他们研制出了相应的器件，负折射率材料由此进入了实质性研究的阶段。
2001年，Shelby等人首次在实验上证实了当电磁波斜入射到左手材料与右手材料的分界面时，折射波的方向与入射波的方向在分界面法线的同侧。
【6】图1.负折射率的超材料近年来，负折射率材料的研究愈发成为科学界的热点，这要应用于军事、航天等高端领域，起因了国内外众多研究者的注意，涉及电磁波、光电子学、材料学等方面。
随着对负折射率材料的研究，又掀起了一阵对新兴领域的发展，即超颖材料（Metamaterials ）。
超颖材料不只包含负折射率材料，也包含单负材料，人工超低折射率材料和超高折射率材料等。
【7】正如折射率材料的提出一样，超颖材料的重要意义不仅体现在所研制出的几种人工材料，也体现在了一种全新的思维方法。
二氧化硅气凝胶光学用途
二氧化硅气凝胶在光学领域的应用主要体现在其独特的纳米多孔结构带来的透光率和反射光损失特性。
由于二氧化硅气凝胶的平均自由程较长，在可见光范围内具有良好的透光率，因此可以用作透光材料。
例如，在Cerenkov探测器中引入二氧化硅气凝胶，可以用来确定高能粒子的电荷、质量和能量。
此外，二氧化硅气凝胶还可以制备出光学减反膜，这种膜可以应用于高功率激光系统光学元件、显示器件以及太阳能电池保护玻璃等领域。
总的来说，二氧化硅气凝胶因其优异的光学性能，在光学领域的应用广泛，建议查阅专业文献获取更多相关信息。
光电倍增管（PMT）研究进展及应用光电倍增管技术的进展图1 滨松生产的PMT近些年得到广泛应用的MCP-PMT（Microchannel Plate Photomultiplier），金属封装PMT，多通道PMT代表了光电倍增管的最新研究进展：1.高量子效率，高灵敏度，高响应速度，探测波长向红外延伸。
某些型号PMT光谱响应范围可延伸置1200nm。
2.采用金属封装，多通道结构，提高有效光电面积。
已有的平板型PMT，其有效光电面积可达89％。
3.采用平板化、多阳极技术，可以小型化，具有二维高分辨率。
已有的10×10道阳极， 44的MCP-PMT厚度仅有14.8mm。
4.努力降低暗电流和自身噪声，减少放射性物质。
暗电流最小可达0.5nA，自身噪声可减置5cm sec。
个暗计数/25.将电子管真空技术与半导体技术，微细加工技术，电子轨道技术和周边电路技术相结合。
HPD(Hybrid Photo Detector)就是一种结合了电子管真空技术与半导体技术的复合器件。
光电转换后的电子经过电场加速,直接照射在CCD或APD上,引起“电子入射倍增效应”。
6.使用简单化，价格降低。
光电倍增管的应用领域光电倍增管的应用领域非常广泛，主要分为以下十几种：光谱学：紫外/可见/近红外分光光度计，原子吸收分光光度计，发光分光光度计，荧光分光光度计，拉曼分光光度计，其他液相或气相色谱如X光衍射仪、X光荧光分析和电子显微镜等。
质量光谱学与固体表面分析：固体表面分析，这种技术在半导体工业领域被用于半导体的检查中，如缺陷、表面分析、吸附等。
电子、离子、X射线一般采用电子倍增器或MCP来测定。
环境监测：尘埃粒子计数器，浊度计，NOX、SOX 检测。
生物技术：细胞分类计数和用于对细胞、化学物质进行解析的荧光计。
医疗应用：γ相机，正电子CT，液体闪烁计数，血液、尿液检查，用同位素、酶、荧光、化学发光、生物发光物质等标定的抗原体的定量测定。
宇宙线探测实验数据分析1陈松战chensz@中科院高能物理研究所9月10-14日“粒子物理数据分析基础和前沿研讨会”@IHEP内容一、宇宙线入门宇宙线基本知识宇宙线研究的物理问题 EAS 及其探测中国宇宙线实验发展历史小结二、EAS 阵列宇宙线数据分析基础实验数据的仿真模拟 实验数据的刻度 数据的重建 成分鉴别数据质量监测（月影与标准烛光Crab ）小结2三、天体源相关数据分析几个坐标系 背景估计 天图分析显著性估计伽马/质子鉴别品质因子 流强估计能谱拟合 小结四、几个物理分析实例GRB 的寻找 全天区扫描 扩展源分析 AGN 的监测宇宙线各向异性分析 日地空间磁场的测量 小结总结一、宇宙线入门3宇宙线基本知识宇宙线研究的物理问题EAS及其探测中国宇宙线实验发展历史1.1 宇宙线基本知识41912年﹐奥地利物理学家Hess乘坐气球五千米高空发现空气电离率升高，说明由地球外辐射（宇宙线）引起。
HESS result宇宙线的发现（1912）5宇宙线全粒子能谱宇宙线的能量从109到1021eV，跨越10多个量级，呈现一个简单的幂律形式，这表明其非热谱性质。
宇宙线：主要为核子，约87%质子，12%α粒子（氦核子），少量锂﹑铍﹑硼、碳﹑氮﹑氧等原子核﹐以及电子、γ射线和中微子。
气球和卫星实验EAS实验LHC6宇宙线能谱全粒子谱几个显著特征：4x1015eV ‘膝’4x1017eV ‘第二膝’1019eV ‘踝’1020 eV ‘GZK 截断’GZK膝踝1.2 宇宙线相关的物理问题7早期在基本粒子方面成果：正电子（1933）、µ子（1937）、π介子（1947）、K介子（1948）、Λ（1951）、Ξ重子（1952）和∑（1953）等。
现在研究内容转向天体物理，主要围绕三个基本问题：起源：宇宙线起源于何处？河内or河外？超新星？AGN？GRB？加速：宇宙线是如何被加速的？传播：星系间介质作用？星际磁场作用？与EBL，CMB作用？宇宙线的起源8宇宙线的起源是所有问题的核心，被称为“世纪之谜”。
二氧化硅气凝胶简介气凝胶（aerogels）通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。
气凝胶是一种固体，但是99%都是由气体构成，外观看起来像云一样。
气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量，有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。
最常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶。
SiO2气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80-99.8％，孔洞的典型尺寸为1-100 nm，比表面积为200-1000 m2/g，而密度可低达3 kg/m3，室温导热系数可低达0.012 W/（m•k）。
正是由于这些特点使气凝胶材料在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有很广阔的应用潜力。
一、气凝胶发展历史早在1931年，Steven.S.Kistler就开始研究气凝胶。
他最初采用的方法是用硅酸钠水溶液进行酸性浓缩，用超临界水再溶解二氧化硅，用乙醇交换孔隙中的水后，利用超临界流体干燥技术制成了最初的真正意义上的气凝胶。
这种材料的特点是透明、低密度、高孔隙率。
但受当时科研手段的限制，这种材料的研制并没有引起科学界的重视。
上世纪七十年代，在法国政府的支持下，Stanislaus Teichner在寻找一种用于存储氧和火箭燃料的多孔材料的过程中，找到一种新的合成方法，即把溶胶- 凝胶化学方法用于二氧化硅气凝胶的制备中。
这种方法推动了气凝胶科学的发展。
此后，气凝胶科学和技术得到了快速发展。
1983年Arlon Hunt 在Berkeley 实验室发现可用更安全、更廉价的二氧化硅气凝胶制作方法。
与此同时，微结构材料研究小组发现可用具有更低临界温度和临界压力的二氧化碳超临界流体取代乙醇作为超临界干燥的流体，使得超临界干燥技术得以向实用化阶段迈进。
八十年代后期，Larry Hrubesh 领导的研究者在Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) 制备了世界上最轻的二氧化硅气凝胶，密度是0.003 g/cm 3，仅有空气的3倍。
