碳气凝胶的常压干燥制备及结构控制

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气凝胶常见生产工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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气凝胶的制备与应用研究气凝胶是一种轻质多孔的新型材料，具有优异的热、声、光和电学性能，被广泛应用于能源、环保、航空航天、生物医药等领域。

本文将介绍气凝胶的制备方法和应用研究进展。

一、气凝胶的制备方法气凝胶的制备方法主要有超临界干燥法、溶胶-凝胶法、冷冻干燥法和气相沉积法等。

其中，超临界干燥法是目前应用最广泛的制备方法，因其制备过程简单，可用于各种类型的物质，且制得的气凝胶密度低、孔径可控，具有良好的热稳定性和化学稳定性。

以下将对这四种方法分别进行介绍：1. 超临界干燥法超临界干燥法是指在高压高温下将液态物质变为气态，通过减压降温使物质从气态转变为凝胶状态，最终得到气凝胶。

该方法可用于制备化学性质稳定的无机气凝胶和多种有机气凝胶。

超临界干燥法的优点在于：可以改变超临界条件（压力、温度）来控制孔隙结构，得到可调控的孔径和孔隙大小的气凝胶。

2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是指将物质分散在溶液中形成胶体，通过蒸发、热处理或光聚合等方式使其自组装形成凝胶状态，再通过干燥处理形成气凝胶。

该方法制备的气凝胶可用于吸附剂、分离材料、催化剂和光学传感器等领域。

3. 冷冻干燥法冷冻干燥法是指将物质的溶液冷冻成凝胶状态，再通过蒸发水分或真空干燥等处理方式将其转变为气凝胶。

该方法制备出的气凝胶具有优异的孔隙性能和高比表面积，在光学、催化和隔热领域有广泛的应用。

4. 气相沉积法气相沉积法是指将一种适宜的前体物质在高温下裂解、氧化或还原等化学反应形成气态分子，通过气相沉积在固体表面上形成气凝胶。

该方法的优点在于：制备速度快，反应条件易于控制，可得到高纯度、高结晶度的气凝胶。

二、气凝胶的应用研究进展气凝胶的应用研究主要集中在以下几个领域：1. 能源领域气凝胶具有优异的隔热性能和低介电常数，可用作电容器介质、超级电容器、锂离子电池隔膜和太阳能电池支撑材料等。

目前，人们已经研制出多种具有优异性能的气凝胶，如碳气凝胶、二氧化硅气凝胶等，这些材料在节能环保领域和新能源领域有广泛的应用前景。

气凝胶的制作方法气凝胶是一种微孔结构的高分子材料，具有轻质、高强度、低热导率、吸声隔音等优良性能，因此在能源、环保、航空航天、电子信息等领域得到广泛应用。

本文将介绍气凝胶的制作方法。

一、前期准备1. 原材料选择：气凝胶的主要原材料是硅酸盐类化合物，如硅酸钠、硅酸铝钠等。

此外，还需要选择表面活性剂、催化剂、溶剂等辅助材料。

2. 设备准备：气凝胶的制备需要一些特殊的设备，如反应釜、搅拌器、过滤器、干燥箱等。

3. 实验条件：气凝胶的制备需要在无尘、无湿的条件下进行，因此需要准备一间洁净实验室。

二、气凝胶的制备步骤1. 溶液制备：将硅酸盐类化合物、表面活性剂、催化剂、溶剂等材料按一定比例混合，制成溶液。

2. 搅拌反应：将溶液倒入反应釜中，加热至一定温度，然后加入一定量的气体（如二氧化碳、氮气等），同时搅拌反应。

在反应过程中，硅酸盐类化合物会水解生成气凝胶的基础结构，而表面活性剂则起到调节气凝胶孔径的作用。

3. 过滤干燥：反应结束后，将反应液经过过滤器过滤，得到气凝胶的凝胶体。

然后将凝胶体放入干燥箱中进行干燥，除去多余的水分。

4. 表面修饰：将干燥后的气凝胶进行表面修饰，如涂覆一层纳米材料、改变表面化学性质等，以提高气凝胶的性能。

5. 质量检测：对制备好的气凝胶进行质量检测，包括密度、孔径分布、热导率、力学强度等指标。

三、气凝胶制备中的关键问题1. 气凝胶的孔径大小与表面活性剂的浓度有关，需要在制备过程中精确调节。

2. 气凝胶的制备需要在无尘、无湿的条件下进行，否则会影响气凝胶的质量。

3. 气凝胶在干燥过程中需要避免过度干燥，否则会导致气凝胶的孔结构坍塌。

四、气凝胶的应用气凝胶具有轻质、高强度、低热导率、吸声隔音等优良性能，因此在以下领域得到广泛应用：1. 能源领域：气凝胶可以用于太阳能集热器、燃料电池等设备中，提高能源利用效率。

2. 环保领域：气凝胶可以用于油品吸附、水处理等方面，减少环境污染。

3. 航空航天领域：气凝胶可以用于制备轻质、高强度的航空材料，降低航空器重量，提高载重能力。

气凝胶的简介摘要气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成纳米多孔网络结构, 并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料。

近年来气凝胶研究得到了很大的发展, 本文对气凝胶的制备方法、结构与特性、应用前景等方面的研究进展作一简要的评述。

关键词气凝胶制备结构特性应用前景正文气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成纳米多孔网络结构, 并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料。

早在三十年代初斯坦福大学Kistler[1]就已经通过水解水玻璃的方法制得了SiO2气凝胶,但由于这种方法的制备工艺复杂和产品纯化困难而未得到发展。

直到八十年代以后随着溶胶-凝胶法研究的深入和超临界干燥技术的逐步完善, 使构成气凝胶的固体微粒更趋于细化, 微孔分布更趋于均匀, 从而使材料的密度更低,孔隙率更高。

目前的气凝胶主要是指一种以纳米量级超细微粒所聚集成的固态材料, 其孔隙率可达80～99.8%,孔洞尺寸一般在1～100nm之间,而密度变化范围可达3～600kg·m- 3。

气凝胶结构的特异性和诱人的应用前景, 引起化学家、物理学家、材料学家等的高度重视, 在美国气凝胶研究被列为九十年代十大热门科学技术之一。

本文将对气凝胶的制备方法、结构与特性、应用前景等方面的研究工作进行总结并作适当的评述。

1 制备方法气凝胶的制备通常由两个过程构成, 即溶胶-凝胶过程和超临界干燥。

迄今为止已经研制出的气凝胶有数十种, 它们分为单组分气凝胶如SiO2、Al2O3、V2O5、TiO2等, 多组分气凝胶如Al2O3/SiO2、TiO2/SiO2、Fe/SiO2、Pt/TiO2、(C60/C70)-SiO2、CaO/MgO/SiO2等, 有机气凝胶如RF、MF等和碳气凝胶。

1.1 溶胶-凝胶过程气凝胶的多孔网络结构首先由溶胶-凝胶过程形成, 即以金属有机化合物为母体, 在一定条件下通过水解-缩聚反应形成具有空间网络结构的醇凝胶。

气凝胶材料的制备与应用气凝胶是一种独特的材料，它具有超低密度、优秀的孔隙结构和超高比表面积等特点。

因此，气凝胶材料在各个领域都有广泛的应用。

本文将从气凝胶材料的制备和应用两个方面进行论述。

一、气凝胶材料的制备气凝胶材料的制备方法多种多样，其中最常用的是溶胶-凝胶法。

该方法的基本步骤包括：溶胶制备、凝胶形成、胶体凝胶、干燥和构筑。

具体步骤如下：1. 溶胶制备溶胶是气凝胶的前体溶液，它由溶剂和溶解了适当数量的前驱体的溶液构成。

常用的溶剂包括水、醇类和有机溶剂等。

溶胶的配制需要掌握适当的浓度和黏度，以保证凝胶的形成。

2. 凝胶形成凝胶是指溶胶在添加剂的作用下，通过聚集和交联形成三维网络结构。

添加剂的种类和用量直接影响凝胶的性质和结构。

常用的添加剂有硝酸和硅酸等。

3. 胶体凝胶胶体凝胶是指凝胶经过一系列处理后获得的具有一定形状和稳定性的材料。

常见的方法包括流延、染色剂处理和膜结构构筑等。

4. 干燥干燥是制备气凝胶的关键步骤，不同的干燥方法会直接影响气凝胶的性能。

常用的干燥方法有常压干燥、超临界干燥和冻干法等。

其中，超临界干燥是一种最常用且效果最好的干燥方法。

5. 构筑构筑是制备气凝胶最后的步骤，通过热压、化学修饰和物理修饰等方法，在气凝胶表面引入新的功能性组分。

构筑可以增加气凝胶的应用场景，提高其性能与功能。

二、气凝胶材料的应用1. 隔热保温材料由于气凝胶具有超低密度和优秀的孔隙结构，它具备出色的隔热保温性能。

因此，气凝胶被广泛应用于建筑、航空航天等领域。

在建筑领域，气凝胶被用作墙体材料，能够有效隔绝室内外热量传递，提高建筑的能源利用效率。

2. 吸附剂气凝胶具有超高比表面积，因此它具备优秀的吸附性能。

气凝胶被广泛应用于空气净化、水处理和化学品分离等领域。

以气凝胶为基础材料的吸附剂能够高效去除空气中的有害物质，提高环境质量。

3. 传感器由于气凝胶具有大量的微观孔隙和高比表面积，它具备高灵敏度和快速响应的特点。

气凝胶的制备方法
气凝胶的制备方法包括超临界干燥法、凝胶注模法、真空浸渍法、气相沉积法等。

其中，超临界干燥法利用超临界流体的特性，将溶胶中的溶剂转变为超临界状态，然后通过减压或加热来实现快速干燥，能够有效地防止溶胶凝胶的收缩和孔道坍塌，得到高度孔隙化的气凝胶。

凝胶注模法是将凝胶溶胶注入模具中，通过固化和干燥来制备气凝胶。

真空浸渍法是将基底材料浸渍在凝胶溶液中，然后通过真空处理来实现凝胶的固化和干燥，常用于制备气凝胶复合材料。

气相沉积法是在气相条件下，将气体或蒸汽中的前驱体沉积在基底上，形成气凝胶。

中国粉体技术CHINA POWDER SCIENCE AND TECHNOLOGY 第27卷第2期2021年3月Vol. 27 No. 2Mar. 2021文章编号:1008-5548 (2021) 02-0017-05 doi ：10.13732/j.issn.l008-5548.2021.02.003碳气凝胶超细粉体的可控制备技术于照亮，彭文联，刘清海，张彤，代晓东(军事科学院防化研究院，北京102205)摘要：基于球磨技术建立碳气凝胶超细粉体制备方法，系统地研究制备工艺中球磨时间、球料比、助磨剂等制备条件对 制备产物的影响，揭示制备参数对碳气凝胶粉体特性的影响规律。

结果表明：延长球磨时间有利于降低大粒子在产物中 比例，但大于4 h 的球磨时间对小粒子影响不大，存在“粉碎极限”效应；随着球料比的增加，中位径2(50)先降低再升 高,球料质量比为50：1时，得到的2(50)最小值为2.58叩；添加助磨剂会增大产物的粒径,且不同的助磨剂增幅不同。

关键词：碳气凝胶；超细粉体；球磨工艺；可控制备中图分类号:TB383.3 文献标志码:AControllable preparation techniche of carbon aerogel ultrafine powderYU Zhaoliang , PENG Wenlian , LIU Qinghai , ZHANG Tong , DAI Xiaodong(Chemical Defense Institute , Academy of Military Science , Beijing 102205 , China)Abstract : Carbon aerogel ultrafine powders were prepared by ball-milling method. The effects of preparation parameters such as ball-milling time, quantity ratio of ball-sample and addition of grinding aid, on the properties of products were systematically investigated. The results show that the proportion of large particles in particle size distribution of products decrease with increas ­ing in ball-milling time, but the ball grinding time above 4 h has little influence on small particles , and that Z)v (50) in particle size distribution of products first decrease and then increase with increasing in mass ratio of ball-sample , the lowest Z)v (50) value is 2. 58 jxm when the mass ratio is 50-1, and that the particle size of products increase with the addition of the solutions of grinding aids and the influence of different grinding aids is different.Keywords : carbon aerogels ； ultrafine powder ； ball-milling technology ； controllable preparation碳气凝胶是三维空间网状结构中填充气体介质的碳基凝胶材料,具有轻质、孔隙率大、可设计性强、 比表面积大、导热系数小等优点⑴，在许多领域应用价值较高，如储能材料：2-4\吸附材料⑸、隔热材 料⑹、防护材料⑺、光电干扰材料Z9］等。