SiO_2气凝胶_纤维复合材料制备工艺研究

【二氧化硅气凝胶及其纤维复合材料】 二氧化硅气凝胶是一种独特的纳米多孔材料，因其极高的孔隙率（超过90%）和极低的密度（可达0.001g/cm³），被誉为世界上最轻的固体。这种材料具有低折射率、低弹性模量、低热导率、低声阻抗以及强吸附性等优异特性，广泛应用于多个领域，如热防护、热电池、热力、化工、冶金和消防。 然而，纯二氧化硅气凝胶的弱点在于其强度低、韧性差，无法直接作为结构材料使用。为了解决这个问题，科研人员通过引入纤维增强技术，制备出二氧化硅气凝胶/纤维复合材料。这种复合材料不仅保持了气凝胶的低热导率和低密度，还显著提升了材料的机械性能，使其能够适应各种实际应用的需求。 制备二氧化硅气凝胶/纤维复合材料的关键工艺包括溶胶-凝胶过程和常温干燥技术。通常采用正硅酸乙酯（TEOS）作为硅源，通过调控水（H2O）、乙醇（EtOH）、pH值和温度等因素来控制溶胶-凝胶转化的过程。H2O对凝胶化过程的影响复杂，其用量过多或过少都会影响凝胶时间，最佳的水硅摩尔比在4~6之间。乙醇作为溶剂，其含量增加会延长凝胶时间。pH值的提高会加速凝胶化进程，而温度的上升也会促进这一过程。 在实验过程中，首先将TEOS、乙醇、去离子水、盐酸和陶瓷短纤维混合搅拌，待充分水解后，加入氨水催化并调整pH值。随后，将含纤维的醇溶胶倒入模具，静置、老化、脱水、表面改性和干燥等一系列步骤，最终得到气凝胶纤维复合材料。表面改性步骤通常涉及三甲基氯硅烷，以改善气凝胶的疏水性和稳定性。 通过调整原料配比和工艺参数，可以制备出不同密度的二氧化硅气凝胶隔热材料，这些材料具有良好的块状性、较少的裂纹以及足够的机械强度。图1所示的实物图显示了纤维增强气凝胶复合隔热材料的外观，表明这种方法成功地结合了纤维的增强效果和气凝胶的优异隔热性能。 二氧化硅气凝胶/纤维复合材料的研究和开发，对于提升气凝胶的实际应用潜力至关重要。通过优化制备工艺，可以进一步提高材料的综合性能，以满足不同应用场景的特殊需求。未来，该领域的研究可能会聚焦于提高复合材料的耐温性、耐化学性以及实现更大规模的生产。