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第21卷第1期强激光与粒子束Vol.21,N o.1 2009年1月H IGH POW ER LASER AND PA RTICLE BEAM S Jan.,2009 文章编号: 1001-4322(2009)01-0076-03三甲基硅烷化改性二氧化硅气凝胶＊陈素芬, 李 波, 刘一杨, 张占文(中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900) 摘 要: 采用六甲基二硅氮烷对二氧化硅凝胶进行疏水处理,得到了疏水性的二氧化硅气凝胶。
用红外光谱和热分析表征处理前后二氧化硅气凝胶的性质,用测量显微镜跟踪处理前后气凝胶柱在空气中直径变化。
结果表明,处理后气凝胶的表面羟基明显减少,在空气中的吸潮性大大降低,圆柱体在空气中的径向收缩率从30%降至3%。
关键词: 二氧化硅; 气凝胶; 疏水处理; 三甲基硅烷化 中图分类号: T Q127.2; T L639.11 文献标志码: A 二氧化硅由于硅原子序数适中,并且易于制成低密度气凝胶,因此在激光惯性约束聚变(inertial confine-ment fusio n,ICF)研究中获得了广泛的应用,如辐射输运研究中的输运管填充材料[1-2]。
二氧化硅气凝胶网络表面存在羟基(-OH)和未水解的乙氧基(-OC2H5)官能团。
由于-OH的存在,气凝胶易吸收空气中的水分,导致网络结构塌陷,使得气凝胶收缩,其线性收缩率可达30%[3-5]。
而ICF辐射输运研究中的输运管长度只有几百μm,且要求填充材料均匀,输运管内部填充材料微小的收缩会使材料与管壁之间产生空隙,对最终的实验结果有很大的影响。
因此需要对二氧化硅气凝胶进行疏水改性,提高其对空气中水分的稳定性,降低其收缩率[6-7]。
文献报道,利用气态介质对气凝胶进行表面疏水处理,如气相甲氧基化,得到的气凝胶疏水性能很好,但是此方法成本高,工艺复杂,因此适用范围不广泛[8]。
此外,还可在合成前体时,在正硅酸甲酯(tetrame-tho xy silane,TM OS)中混入甲基三甲氧基硅烷(M eSi(OM e)3)[9],但是该凝胶在超临界干燥时易收缩,且随着M eSi(OMe)3用量增加,气凝胶的透明度降低。
亲水气相二氧化硅与疏水二氧化硅近年来，亲水气相二氧化硅和疏水二氧化硅材料的研究受到了越来越多的关注。
这两种材料在很多领域都有广泛的应用前景，例如水处理、储能、生物医学等。
本文将围绕这两种材料进行阐述。
一、亲水气相二氧化硅亲水气相二氧化硅又称湿态气相合成SiO2（WAS）材料，它是一种新型的光催化材料，是以硅烷和水蒸气为原料，经过高温化学反应而制备得到的。
这种材料表面的O-H基团具有很强的亲水性，能显著增强光催化反应的效果。
该材料的应用领域非常广泛，例如：水处理、光催化降解有机物、应用于太阳能光催化水分解制氢等。
其中，水处理领域是该材料的主要应用方向之一。
亲水气相二氧化硅被广泛应用于水中重金属离子的吸附和去除、有机物污染物的降解等。
研究表明，这种材料的光催化效果、吸附和去除效果都非常优越，同时具有良好的稳定性和重复使用性。
二、疏水二氧化硅疏水二氧化硅是一种具有厚壁层的SiO2材料，具有很好的疏水性能。
所谓疏水性能，就是指材料表面具有不易被水潮湿、不吸水的性质，而且能够有效地阻止液体与材料间的接触。
疏水二氧化硅的研究主要针对其在油水分离、海水淡化等领域的应用。
当液体经过具有疏水性的二氧化硅时，材料表面的微观结构会发生变化，从而使油水等液体无法与材料表面接触，从而实现油水分离。
在海水淡化领域，疏水二氧化硅的应用可以有效地将淡水和海水分离，提高淡水的产率。
总结亲水气相二氧化硅和疏水二氧化硅是两种非常有前途的材料。
亲水气相二氧化硅主要应用于水处理、光催化降解有机物等领域，而疏水二氧化硅则主要应用于油水分离、海水淡化等领域。
这两种材料的研究与应用对于环保和可持续发展都具有非常重要的意义。
疏水胶态二氧化硅疏水胶态二氧化硅是一种具有优异性能的纳米材料。
它具有疏水性能，能够在水中形成胶态结构，广泛应用于各个领域。
本文将就疏水胶态二氧化硅的制备方法、性质以及应用进行介绍。
一、制备方法疏水胶态二氧化硅的制备方法有多种，其中较为常见的是溶胶-凝胶法。
该方法的步骤如下：1. 将硅源溶解在适当的溶剂中，如乙醇、正己烷等。
在溶剂中形成胶体颗粒。
2. 在溶胶中加入适量的疏水剂，如正辛醇、二甲基硅烷等。
疏水剂能够引起胶体颗粒之间的相互作用，进一步增强疏水性。
3. 在适当的条件下，如搅拌、温度控制等，使溶胶逐渐转化为凝胶。
凝胶的形成过程中，胶体颗粒逐渐聚集形成网络结构。
二、性质疏水胶态二氧化硅具有以下主要性质：1. 疏水性：疏水剂的引入使得二氧化硅呈现出疏水性，不易与水发生相互作用。
这一性质使得疏水胶态二氧化硅在水中具有良好的分散性。
2. 高比表面积：疏水胶态二氧化硅具有极高的比表面积，能够提供大量的表面活性位点，有利于吸附和催化反应的进行。
3. 良好的机械性能：疏水胶态二氧化硅的凝胶结构具有良好的机械性能，能够保持形状稳定性，并且具有一定的弹性。
4. 可调性：疏水胶态二氧化硅的制备过程中，可以通过调控疏水剂的添加量和处理条件等来调节其疏水性能和物理性质。
三、应用疏水胶态二氧化硅在各个领域都有广泛应用，主要包括以下几个方面：1. 分离纯化：疏水胶态二氧化硅能够与水中的杂质发生相互作用，通过吸附和离子交换等机制实现对水中杂质的吸附和分离纯化。
2. 催化剂载体：疏水胶态二氧化硅具有高比表面积和丰富的表面活性位点，能够作为催化剂的载体，提高催化反应的效率和选择性。
3. 环境修复：疏水胶态二氧化硅能够吸附有机物和重金属离子等污染物，用于环境修复和废水处理等方面。
4. 功能材料：疏水胶态二氧化硅可以通过表面修饰或添加其他功能材料，实现对光、电、磁等性能的调控，用于制备功能性材料，如光催化剂、传感器等。
5. 药物传递：疏水胶态二氧化硅能够作为药物的载体，实现对药物的控释和靶向输送，提高药物的疗效和减少副作用。
《溶胶-凝胶法制备纳米SiO2材料及其应用研究》一、引言随着纳米科技的快速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在众多领域中展现出巨大的应用潜力。
其中，纳米SiO2材料因其高比表面积、优异的化学稳定性和良好的生物相容性，在催化剂、生物医学、电子器件和复合材料等领域具有广泛的应用。
溶胶-凝胶法作为一种制备纳米SiO2材料的重要方法，具有操作简便、原料易得、反应条件温和等优点。
本文将详细介绍溶胶-凝胶法制备纳米SiO2材料的工艺流程、材料特性及其应用研究。
二、溶胶-凝胶法制备纳米SiO2材料1. 实验原理溶胶-凝胶法是一种通过溶胶向凝胶转变的过程来制备纳米材料的方法。
在此过程中，首先将硅源（如正硅酸乙酯）在一定的条件下水解成硅醇（Si-OH）单体，然后通过缩合反应形成三维网状结构的溶胶，进一步干燥形成凝胶，最后经过煅烧处理得到纳米SiO2材料。
2. 实验步骤（1）将硅源与溶剂（如乙醇）混合，加入适量的催化剂（如氨水）进行水解反应；（2）在一定的温度和搅拌速度下进行缩合反应，形成溶胶；（3）将溶胶置于干燥环境中进行干燥处理，得到湿凝胶；（4）将湿凝胶在高温下进行煅烧处理，得到纳米SiO2材料。
三、材料特性通过溶胶-凝胶法制备的纳米SiO2材料具有以下特点：1. 粒径小：纳米SiO2材料的粒径通常在几十到几百纳米之间；2. 分布均匀：溶胶-凝胶法能够使原料分子在三维空间内均匀分布，从而得到粒径分布均匀的纳米SiO2材料；3. 结构可调：通过调整原料配比、反应温度等参数，可以调节纳米SiO2材料的结构；4. 化学稳定性好：纳米SiO2材料具有良好的化学稳定性，能够抵抗酸碱等化学物质的侵蚀。
四、应用研究纳米SiO2材料因其独特的性质在众多领域中具有广泛的应用。
以下是其在几个主要领域的应用研究：1. 催化剂：纳米SiO2材料具有较高的比表面积和良好的吸附性能，可作为催化剂载体或催化剂活性组分。
将其应用于催化反应中，能够提高催化效率并降低催化剂用量；2. 生物医学：纳米SiO2材料具有良好的生物相容性和无毒性，可广泛应用于生物医学领域。
高纯球形纳米sio2的制备,改性与应用研究近年来，纳米科学与技术受到了越来越多的关注，它的发展正在推动着新材料的创新。
其中，SiO2作为一种半导体材料，可以用于电子、纳米技术、光学光子学和生物学等领域的研究与开发。
最近，人们开始研究高纯球形纳米SiO2，借助它能够制备出低表面活性，粒径可控，能够自由调节功能和结构等特点，令它在生物医学领域，纳米材料等领域尤为重要。
高纯球形纳米SiO2的制备：高纯球形纳米SiO2的制备通常有以下几种方式，包括溶剂热精制制备法、物理渗透沉淀法、化学气相沉淀法和光聚合制备法。
1.剂热精制制备法：该方法是将SiO2溶解在一定温度、一定pH 值下的溶剂中，使纳米晶粒能够随溶质的溶解而分散。
2.理渗透沉淀法：该方法利用SiO2溶液进行渗透析出，以形成球形白色纳米粒子。
3.学气相沉淀法：该方法通过改变或增加化学添加剂，以控制SiO2纳米粒子的生长，从而获得球形的纳米粒子。
4.聚合制备法：该方法利用光技术对SiO2纳米粒子进行聚合，以获得球形的纳米粒子。
改性：随着科学技术的发展，人们发现可以改性高纯球形的纳米SiO2，从而改善它的性能和功能。
改性技术包括多种技术，包括表面吸附、表面改性、包覆改性、基团接枝等。
改性可以使SiO2纳米晶粒具有自组装、药物和抑菌能力以及吸收能力等新功能。
应用：由于高纯球形纳米SiO2具有良好的稳定性、均匀分散性、低表面活性和可控粒度等优点，它广泛应用于生物医学领域、纳米材料领域等领域。
（1）物医学领域：高纯球形的纳米SiO2可以用于抗感染剂、载药分子、抗菌剂等生物医学领域的研究与应用。
（2）米材料领域：高纯球形纳米SiO2可以用于纳米零件、超细粉末、载体材料等纳米材料领域的研究与开发。
（3）他领域：高纯球形的纳米SiO2同时也可以用于精细化学品的生产，以及催化剂、涂料、高分子等材料的制备。
综上，高纯球形纳米SiO2的研究与制备已经取得了很大的进展，它的改性与应用也越来越广泛。
疏水二氧化硅气凝胶保温材料配方引言疏水二氧化硅气凝胶是一种新型的高性能保温材料，具有优异的绝热性能和疏水性能。
本文将介绍疏水二氧化硅气凝胶保温材料的配方，并详细讨论每个成分的作用和添加比例。
成分及其作用疏水二氧化硅气凝胶保温材料的主要成分包括二氧化硅、表面改性剂、交联剂和溶剂。
下面将逐一介绍它们的作用。
1. 二氧化硅 (SiO2)二氧化硅是疏水二氧化硅气凝胶保温材料的主要组成部分，起到支撑结构的作用。
它具有良好的导热性能和抗压强度，可以有效阻止热量传导和承受外部压力。
在配方中，需要选择高纯度、细颗粒的二氧化硅，并控制其添加比例以达到所需的保温效果。
2. 表面改性剂表面改性剂是为了提高疏水性能而添加的成分。
它可以在二氧化硅表面形成一层疏水膜，阻止液体渗透和吸附，从而减少热传导。
常用的表面改性剂包括有机硅化合物、硅酮等。
在配方中，需要根据具体要求选择合适的表面改性剂，并控制其添加量以达到最佳的疏水效果。
3. 交联剂交联剂是为了增加材料的强度和稳定性而添加的成分。
它可以将二氧化硅颗粒相互连接，形成一个三维网状结构，提高材料的抗压和抗拉强度。
常用的交联剂包括有机聚合物、无机盐类等。
在配方中，需要选择适当的交联剂，并控制其添加量以达到所需的强度和稳定性。
4. 溶剂溶剂是为了调整材料的粘度和流动性而添加的成分。
它可以使配方混合均匀，并便于后续加工。
常用的溶剂包括水、有机溶剂等。
在配方中，需要根据具体要求选择适当的溶剂，并控制其添加量以达到所需的粘度和流动性。
配方示例下面是一个疏水二氧化硅气凝胶保温材料的配方示例：•二氧化硅：80%•表面改性剂：10%•交联剂：8%•溶剂：2%需要注意的是，以上配方仅供参考，具体的配方比例需要根据实际情况进行调整。
在实际生产中，可以通过试验和优化来确定最佳的配方比例。
制备方法下面是一个简要的制备方法：1.将二氧化硅和溶剂加入搅拌机中，并搅拌均匀，形成一个均质的混合物。
2.将表面改性剂逐步加入混合物中，并继续搅拌，直至表面改性剂完全溶解。
《溶胶-凝胶法制备纳米SiO2材料及其应用研究》一、引言随着纳米科技的飞速发展，纳米材料因其独特的物理、化学性质在众多领域中得到了广泛的应用。
其中，纳米SiO2材料因其高比表面积、优异的化学稳定性和良好的生物相容性，在催化剂、生物医药、电子器件等领域具有广泛的应用前景。
溶胶-凝胶法作为一种制备纳米材料的有效方法，因其操作简便、可控制备等优点，在纳米SiO2材料的制备中得到了广泛的应用。
本文将详细介绍溶胶-凝胶法制备纳米SiO2材料的工艺过程、影响因素及产品性能，并探讨其在各个领域的应用研究。
二、溶胶-凝胶法制备纳米SiO2材料1. 制备原理溶胶-凝胶法是一种通过溶胶到凝胶的转变过程来制备纳米材料的方法。
在制备纳米SiO2材料时，主要利用硅源（如正硅酸乙酯）在酸性或碱性条件下水解缩合，形成溶胶，然后通过溶剂挥发或热处理使溶胶转化为凝胶，最后经过干燥、热处理等工艺得到纳米SiO2材料。
2. 制备工艺过程（1）原料准备：选择合适的硅源、溶剂、催化剂等原料。
（2）溶胶制备：将硅源在酸性或碱性条件下加入溶剂中，通过水解缩合反应形成溶胶。
（3）凝胶化：通过溶剂挥发或热处理使溶胶转化为凝胶。
（4）干燥与热处理：将凝胶进行干燥、热处理等工艺，得到纳米SiO2材料。
3. 影响因素溶胶-凝胶法制备纳米SiO2材料的工艺过程中，影响因素较多，主要包括原料种类及配比、反应温度、反应时间、溶剂种类、催化剂等。
这些因素均会影响最终产品的性能和产率。
三、产品性能及表征通过溶胶-凝胶法制备的纳米SiO2材料具有高比表面积、优异的化学稳定性、良好的生物相容性等优点。
通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、比表面积测试等手段对产品进行表征，可得到其晶体结构、形貌、粒径等信息。
四、应用研究1. 催化剂领域纳米SiO2材料因其高比表面积和良好的化学稳定性，可作为催化剂或催化剂载体。
在石油化工、环保等领域有着广泛的应用。
2. 生物医药领域纳米SiO2材料具有良好的生物相容性，可用于制备生物医药载体、药物缓释材料等。
二氧化硅疏水处理
二氧化硅（ Silicon（Dioxide，SiO2）是一种常见的无机化合物，也是许多材料中的主要成分，包括沙子、石英、硅胶等。
疏水处理是指通过特定的化学方法使二氧化硅表面具有疏水性。
疏水处理可以改变二氧化硅表面的亲水性，使其变得疏水（ 水疏），使水不易与其表面相互作用、渗透或附着。
这种处理对于许多工业和应用领域都具有重要意义，例如在纳米技术、材料科学和生物医学等方面的应用。
通常，疏水处理二氧化硅的方法包括：
1.化学修饰：（可通过在二氧化硅表面上接枝或吸附疏水性物质，如疏水性有机物 例如长链烷基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷等），来改变表面的亲水性。
这些化学修饰物可以使表面形成疏水层，使水珠在表面滚动而不是渗透。
2.表面处理：（通过表面覆盖、沉积或改变表面形貌等方法，如利用纳米结构、微米结构等特殊表面形态，使水珠在表面上形成（ 莲叶效应”，减少与表面的接触，达到疏水效果。
疏水处理的目的是改变表面性质，使其具有特定的水相互作用特性，常见的应用包括涂层、生物医学材料、微流体装置、防水材料等。
疏水处理能够改变二氧化硅等材料的界面性质，扩展了它们的应用范围和功能。
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疏水型气相法二氧化硅概述疏水型气相法二氧化硅是一种常见的制备纳米级二氧化硅颗粒的方法。
该方法主要通过气相反应，在合适的条件下，将硅源气体与氧气反应生成二氧化硅。
通过控制反应条件，可以得到疏水型的二氧化硅颗粒，具有许多优越的物理和化学性质，被广泛应用于领域。
制备过程1. 原料准备要制备疏水型气相法二氧化硅，需要准备以下原料： - 硅源气体：常用的硅源气体有硅酸酯化合物、硅烷化合物等。
- 氧气：作为氧化剂参与反应。
2. 反应条件控制制备疏水型气相法二氧化硅时，需要控制以下反应条件： - 温度：通常在500-1000℃之间，不同的温度可以得到不同性质的二氧化硅。
- 压力：影响反应速率和颗粒得率的重要因素。
- 反应时间：根据不同的需求，反应时间可以有所调整。
3. 反应过程制备疏水型气相法二氧化硅的反应过程可以分为以下几个步骤： #### 3.1 气相反应将硅源气体和氧气混合后，通入反应器中进行气相反应。
在适当的温度和压力下，硅源气体和氧气发生反应生成二氧化硅。
这一步骤是整个制备过程的核心。
3.2 疏水处理得到的二氧化硅颗粒表面通常会带有羟基等亲水官能团。
为了使其具备疏水特性，需要进行疏水处理。
常见的疏水处理方法包括化学处理和热处理等。
3.3 表面修饰通过表面修饰可以改变二氧化硅颗粒的性质，使其具备特定的功能。
常用的表面修饰方法包括硅烷偶联剂修饰、化学修饰等。
4. 性质和应用疏水型气相法制备的二氧化硅颗粒具有以下特点和应用： - 高纯度：通过精确控制反应条件，可以得到高纯度的二氧化硅颗粒。
- 同质分散性：颗粒大小均匀，分散性好，适用于纳米材料的制备。
- 疏水性：经过疏水处理，颗粒表面具备疏水性，可以应用于涂料、塑料等疏水材料的制备。
- 生物相容性：经过表面修饰，可以使二氧化硅颗粒具备生物相容性，可应用于生物医学领域。
结论疏水型气相法二氧化硅是一种重要的纳米材料制备方法。
通过精确控制反应条件，可以得到具有各种特性的二氧化硅颗粒，广泛应用于各个领域。
http://www.paper.edu.cn -1- SiO2气凝胶疏水改性方法研究进展1 刘明龙，杨德安 天津大学材料学院先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室，天津 (300072) E-mail：m.dragonliu@163.com 摘 要：文章综述了对SiO2气凝胶进行疏水改性的技术的最新研究进展，介绍了溶剂置换-表面改性法，直接表面改性法和联合前驱体法三种改性方法的改性机制及各种常用的表面改性剂，并从所制得的最终样品的性能、成本、实用性等方面进行了比较，从而总结出一种较经济实用的制备方法。 关键词：SiO2气凝胶；纳米多孔材料；溶胶-凝胶；疏水型；绝热材料
1本课题得到国家自然基金委重点基金项目(10232030)，天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室
(x06050)的资助。
SiO2气凝胶是一种具有独特的纳米多孔网络结构的轻质材料，因其极低的折射率、热导率和介电常数，高的比表面积和对气体的选择透过等特性，而在绝热材料、隔音材料、过滤材料以及催化剂载体等众多领域有着广泛的应用前景，尤其在作为高性能绝热材料方面受到了普遍关注。由于通常方法制备出的SiO2气凝胶内表面有大量的硅
羟基存在，它们不仅会因缩聚而引起凝胶块体产生额外收缩，还能吸附空气中的水分而使气凝胶开裂破碎，严重影响了气凝胶的声、光、电、热、力学等性能，限制了它的应用场合。因此，只有设法对制备的气凝胶进行疏水改性，增加它在空气中的稳定性和使用寿命，另外，再配合一系列增强、增韧措施，以制成纳米多孔绝热复合材料，才能在保温工程中发挥出它的真正作用。
1. SiO2气凝胶的疏水改性及原理
SiO2气凝胶通常是由溶胶-凝胶法制备的，开始制得的醇凝胶固态骨架周围存在着大量溶剂（包括醇类、少量水和催化剂），要得到气凝胶，必须通过干燥以去掉其中的溶剂。然而，在溶剂干燥过程中，由于凝胶纳米孔内气-液界面间产生表面张力，导致邻近的Si-OH基团发生缩聚反应，形成
Si-O-Si键，从而产生了不可恢复的收缩；另外，这些Si-OH基团还可以吸附空气中的水分，使表面张力增大，从而使气凝胶块体开裂破碎。有时，气凝胶内一些未完全反应的Si-OCH3(或Si-OC2H5)基团随使用时间的
延长，也会吸附空气中的水分，发生水解-缩聚反应。气凝胶表面这些基团的存在是导致气凝胶性能恶化的主要原因。 因此，要获得疏水型气凝胶，就必须采用一定的方法，将上面的亲水基团取代成疏水稳定的Si-R基（R=CH3,C2H5等）基团。
这些基团的存在，一定程度上会限制气凝胶表面对水分的吸附，从而避免了在使用时性能的恶化。
2. SiO2气凝胶疏水改性的方法
2.1 溶剂置换-表面改性法 用一定的疏水表面改性剂取代硅凝胶表面的亲水基团是最常用的一种方法。表面改性剂的种类很多，在实际工作中要根据不同的需要和材料的本身特性来确定。改性剂一般是由亲水基和憎水基组成，对于硅质气凝胶而言，其表面含有较多的Si-OH，-OH可以与OH, Cl, COOH, HNCO等基团反应，从而使聚硅氧烷与有机聚合物（如聚酯，聚氨酯，换氧树脂等）得以通过Si-O键连接，大大改善了有机聚合物的耐热、耐湿、抗水http://www.paper.edu.cn -2- 解等特性。因此所选用的改性剂应该是其亲水基团能够与硅质气凝胶上的-OH起反应的试剂，根据反应一般可分为酯化反应法、表面接枝改性法、偶联剂法等。其中以偶联剂法最为有效。 在众多的偶联剂中，以硅烷偶联剂最具有代表性。硅烷偶联剂的通式为：RSiX3，
式中：R为有机基团，X为某些易于水解的基团，如氯、甲氧基或乙氧基等。硅烷偶联剂对于表面具有羟基的无机纳米粒子最有效。但如果R基团太大，则可能导致改性后的材料容重无形中增大。 一般而言，硅烷偶联剂与水反应比与硅凝胶表面羟基反应更为剧烈，所以应首先通过数步溶剂置换以除去凝胶中的水，才能保证改性剂能够有效地对凝胶表面的羟基进行改性。所以表面改性之前的溶剂置换是必须的。 在硅烷偶联剂中，目前研究最多，公认改性效果最好的是三甲基氯硅烷[trimethylchlorosilane, TMCS;分子式为(CH3)3-Si-Cl]，其改性机理可由下式表示： HClCHSiOSiOCHSiClOHSiO+−−−⎯→⎯−−+−332332)()( 从反应方程式可以看出,气凝胶表面的-OH被硅氧基基团所取代，改性剂的亲水基团-Cl与-OH反应而使气凝胶表面接枝上疏水的含有甲基的基团，从而改变了气凝胶的表面结构，减小了气凝胶在干燥过程中因为表面张力而引起的开裂破碎。 S.K. Kang, S.Y. Chol[1,2] , Y.G. Kwon[2]等对用三甲基氯硅烷改性做了研究，指出要将制得的醇凝胶先依次分别在无水乙醇和正己烷中进行溶剂置换（一般是在24小时内置换4次），然后再加入6~10vol%TMCS的正己烷溶液进行改性（一般为室温到50℃，视改性时间而定），最后将改性完毕的凝胶块体经2~3次正己烷清洗，除去未反应的三甲基氯硅烷，干燥后就得到了疏水型的凝胶。 这种改性方法虽具有较好的表面改性效果,但以三甲基氯硅烷为改性剂时,在体系中会留下盐酸,在连续生产时将对设备造成严重腐蚀。并且为了除去凝胶中的盐酸需要用大量的溶剂洗涤,这显然提高了操作的复杂性。 H.Yokogawa等[3]和A.P. Rao等[4]用六甲基二硅氮烷[hexamethyldisilazane, HMDZ; 分子式为(CH3)3SiNHSi(CH3)3]进行表面疏
水改性，与TMCS相比，六甲基二硅氮烷作为一种无氯改性剂，在改性反应过程中不产生HCl ，对设备的腐蚀性减少，改性后经简单的洗涤即可直接在常压下干燥获得疏水SiO2 气凝胶，其性能也达到了与TMCS
改性相同的效果。
2.2 无溶剂置换的表面改性法 前已述及，醇凝胶网络孔洞内存在大量溶剂水，它们将影响改性剂与凝胶表面羟基的反应，因此，必须用多步溶剂置换除去这些水。但是，这需要花费很长的时间，并且要消耗大量溶剂（如正己烷），这必然提高了生产成本和操作复杂性。另外，由于物质在凝胶内部仅靠扩散来传输，溶剂置换将会影响到晶粒尺寸的增大（或者说传输的速度），而溶剂的回收一般要靠蒸馏作用，这也需要大量的投资和能源消耗。因此，不论从经济上，还是制备原理上，避免溶剂置换的方法对气凝胶的生产都是有意义的。 这种方法的基本原则就是用一种能溶于水而提供所需要的表面改性基团的改性剂，与孔洞中的水反应，使孔洞内变成表面张力小的有机溶剂，被取代的水能够通过分相，很容易地从有机溶剂中分离出来。 F. Schwertfeger等[5]通过采用三甲基氯
硅烷(TMCS)对凝胶进行表面改性，同时加入它与水反应的产物六甲基二硅氧烷[hexamethyldisiloxane, HMDSO;分子式为(CH3)3Si-O-Si(CH3)3]，利用HMDSO溶于
TMCS而不溶于水的特性，使水和改性后的http://www.paper.edu.cn -3- 有机溶剂中的凝胶很容易实现相分离，从而不通过溶剂置换而直接实现表面疏水改性。 为了降低改性剂的成本，C.J. Lee 等[6]
用比较廉价的异丙醇[isopropyl alcohol, IPA;分子式为(CH3)2CHOH]来代替HMDSO,通过IPA/TMCS /n-Hexane复合改性剂溶液处理醇凝胶，同样避免了溶剂置换反应。这种改性反应的完成是通过以下七步反应来实现的：
IPACHSiSiOOHSiOCHCHOSiCHHClCHSiSiOOHSiOTMCSIPATMCSHClCHCHOSiCHOHTMCSHClHMDSOIPAHMDSOOHCHCHOSiCHHClCHCHOSiCHIPATMCSHClHMDSOOHTMCS+−⎯→⎯−+−−+−⎯→⎯−++⎯→⎯+−−+⎯→⎯++⎯→⎯+−−+−−⎯→⎯++⎯→⎯+332223333322233322233323332)()()()()()(222)()(2)()(
此过程可以用图1表示。
2.3 联合前驱体（co-precursor）改性法
SiO2气凝胶的制备是通过硅源前驱体在一定溶剂中水解-缩聚反应完成的。在加入硅源前驱体的同时，加入另一种改性剂，作为联合前驱体，反应时，直接将气凝胶中的Si-OH取代为疏水基团。下面以正硅酸甲酯[tetramethoxysilane, TMOS; 分子式为(CH3O)4Si]为硅源前驱体，加入甲基三甲氧
基硅烷[methyltrimethoxysilane, MTMS；分子式为H3CSi(OCH3)3]改性[7,8,9]为例说明这
种改性方法的原理： 在一般条件下，研究发现，TMOS的水解速度要快于MTMS，反应开始时，TMOS优先水解，MTMS在此时只作为一种溶剂存在。所以，SiO2基本粒子晶核内不含有烷基
基团，而通过水解-缩聚反应形成固体SiO2
三维网络结构，反应如下所示：
OHxCHxSiOOxHOCHxSi3224342)(+⎯→⎯+
图1用IPA/TMCS/n-Hexane溶液对SiO2凝胶溶剂置换/表面改性机制[6] Fig.1 Solvent exchange/surface modification mechanism of silica wet gels in IPA/TMCS/n-Hexane solution
当溶液中有足够量的TMOS发生水解后，MTMS的水解速度加快，水解反应按下式进行：
OHCHSiCHOSiOOCHCSiHOHSiO33233323)(+−−⎯→⎯+− 这样Si-OH基团就被取代为疏水基团而达到改性的目的。 A.V. Rao[10,11,12]等研究了各种硅源前驱体添加不同改性剂制备的气凝胶，研究发
