不同温度长时间作用下SiO_2气凝胶结构和性能的变化

针对SiO2气凝胶高温结构变化规律对隔热性能的影响,在500℃,600℃,700℃和800℃不同时间(0~12h)作用下,对热处理后的SiO2气凝胶结构和组成进行测试和分析;结果表明,500℃,600℃条件下,随着时间的延长,重量损失和厚度上的收缩略微增大,体积密度不变;700℃和800℃条件下,随着时间的延长,厚度上的收缩逐渐增加,体积密度逐渐增大,重量损失增大。在200~1200℃时,对热处理0.5h后的SiO2气凝胶结构和组成进行测试和分析。结果表明:当热处理温度为200~800℃时,气凝胶中小孔隙坍塌,大孔隙增多,密度基本不变,其骨架结构未被破坏;二次堆积颗粒逐渐增大且相互融合,密度急剧增加;当热处理温度达到1000~1200℃时,气凝胶骨架结构遭到明显破坏,隔热性能失效。     

影响二氧化硅气凝胶隔热涂料热导率的因素

采用溶胶凝胶法及雾化技术制备了二氧化硅气凝胶微球,同时制备了二氧化硅气凝胶隔热涂料。利用扫描电镜（SEM）对涂料的微结构进行观测,采用激光粒度检测仪对二氧化硅气凝胶微球的尺寸进行检测,采用Hot Disk热导率仪测量了二氧化硅气凝胶隔热涂料的热导率。结果显示：根据SEM 图像,气凝胶微球在涂料中形成明显团聚,且在气凝胶体积分数较高时,涂料中气孔增多。此外,小粒径气凝胶微球更容易形成团聚。由于气凝胶微球热阻极大,气凝胶隔热涂料的热导率随气凝胶微球含量的增加而下降。气凝胶微球的团聚相比均匀分散不利于热导率的降低,而孔隙的增多则有利于涂料热导率下降,因为空气的热阻高。小粒径微球的界面热阻比大粒径微球更大,导致小粒径微球制备的隔热涂料热导率低,混合粒径使气凝胶微球堆积密度增大,有利于降低涂料的热导率。     

热处理对粉煤灰酸渣基二氧化硅气凝胶结构和疏水性的影响

粉煤灰酸渣是粉煤灰经酸溶提铝后的副产品,主要化学成分为无定形二氧化硅,其资源化利用不仅解决了粉煤灰酸渣堆存带来的环境问题,还能获得附加值较高的二氧化硅气凝胶。以粉煤灰酸渣制备的水玻璃为原料,通过溶胶-凝胶—溶剂交换/表面改性—常压干燥工艺成功制备了低密度（0.083 g/cm³）、高比表面积（708 m²/g）、高疏水性（接触角为143°）的多孔二氧化硅气凝胶。通过热重-差热分析、红外光谱分析、接触角测试、扫描电镜分析、氮气吸附-脱附测试等手段对热处理前后二氧化硅气凝胶的结构和疏水性进行了表征。结果表明,随着热处理温度升高,二氧化硅气凝胶的比表面积增大、疏水性逐渐减弱直至消失。300 ℃热处理后,二氧化硅气凝胶仍具有较强的疏水性（接触角约为128°）,密度为0.080 g/cm³。当热处温度为400~600 ℃时,二氧化硅气凝胶仍具有中孔结构,由疏水性变为亲水性,密度从0.073 g/cm³增加到0.078 g/cm³。     

热处理温度对SiO2f/SiO2复合材料性能的影响

开发承载隔热一体化的隔热材料对高温工业节能减排具有重要的现实意义。以石英纤维针刺毡为增强体,硅溶胶为先驱体,采用先驱体浸渍热处理法制备了石英纤维增强二氧化硅基(SiO_2f /SiO₂)复合材料。研究了热处理温度（400～900 ℃）对Si O_2f /SiO₂复合材料的密度、气孔率、力学性能及热学性能的影响。采用 X 射线衍射和扫描电子显微镜表征复合材料的组成及微观形貌;采用顶杆法和瞬态热线法测定复合材料的热膨胀系数和热导率。结果表明：随着热处理温度的提高,试样的密度变化不大,显气孔率和力学强度整体呈先升高再降低的趋势。450 ℃热处理后的试样综合性能最佳,试样的三点弯曲强度为 23.5 MPa,抗压强度为 61.9 MPa,表现出明显的韧性断裂行为。在 300～700 ℃之间,试样的热膨胀系数为 0.564×10^-6/℃,热导率随温度升高而降低,在 700 ℃时低至 0.096 W/（m·K）。Si O_2f/SiO₂复合材料在承载隔...     

二氧化硅气凝胶复合隔热材料研究进展

二氧化硅气凝胶具有高孔隙率、低热导率等特点,使其成为新型超级隔热材料。然而,二氧化硅气凝胶的柔韧性、整体性差,并且常温干燥制备的气凝胶在高温时热导率迅速上升,这些都大大限制了二氧化硅气凝胶的应用。近些年,通过原位溶胶-凝胶法和模压成型法制备得到的二氧化硅气凝胶复合隔热材料,在一定程度上提高了其韧性、整体性和高温隔热性能,使得二氧化硅气凝胶作为单独块体隔热材料成为可能。本文阐述了二氧化硅气凝胶隔热材料的隔热机理,综述了近年来抗辐射型、纤维增强型和聚合物增强型二氧化硅气凝胶复合隔热材料的研究现状,最后讨论了该领域今后研究趋势。     

二氧化硅气凝胶复合材料热导率优化研究进展

二氧化硅气凝胶复合材料由于具有良好的力学和隔热性能,在建筑、航空和其他工业领域展现出良好的节能应用前景。从增强材料的几何特征、含量、排列方式等方面概述了二氧化硅气凝胶复合材料热导率的规律,综述了二氧化硅气凝胶复合材料热导率的实验和理论优化研究进展,分析了现阶段实验和理论模型优化二氧化硅气凝胶复合材料热导率存在的问题,并提出了优化二氧化硅气凝胶复合材料热导率的方法,为制备高隔热性能的二氧化硅气凝胶复合材料提供理论指导。     

二氧化硅气凝胶及其在保温隔热领域应用进展

二氧化硅气凝胶是目前已知最轻的固体材料，具有热导率低、孔隙率高和比表面积大等优点，被誉为新型超级保温隔热材料。然而，二氧化硅气凝胶自身存在力学性能差和制备成本高的问题，大大限制了其在保温隔热领域大规模推广应用。本文简述了二氧化硅气凝胶合成技术和力学性能增强方法，从制备过程控制、老化条件优化、热处理、纤维复合和高分子聚合物复合等方面分析了其对气凝胶性能和工艺的影响，重点介绍了近年来二氧化硅气凝胶保温隔热材料应用在航空航天、军工领域、工业管道、建筑保温以及新能源汽车等领域的研究进展，总结了其在各领域应用的技术挑战。指出未来需进一步拓展二氧化硅气凝胶的使用温区，利用共前体和化学交联等方法增强高温下的隔热性能，同时解决气凝胶纤维复材“掉粉”和微米级粉体分散不均匀等难题，尤其是新能源汽车等新兴应用领域发展迅猛，未来仍需针对新的应用需求对其合成技术进行设计和优化。     

气凝胶在建筑保温隔热涂料中的应用研究

在满足保温隔热涂料导热系数和力学性能要求时,单独使用气凝胶会导致体系收缩率较高,且大量使用气凝胶成本过高,并无实用价值。本研究主要利用气凝胶的热学性能,并配合使用膨胀玻化微珠、膨胀珍珠岩作为保温隔热骨料,制得具有实用性的保温隔热涂料。试验结果表明,随着保温隔热骨料配比的增加,保温隔热涂料的干密度、抗拉强度降低;保温隔热涂料的黏结强度和抗拉强度都随着S-400弹性建筑乳液配比的提高而显著增大;随着气凝胶配比的增加,涂层的干密度、导热系数和抗拉强度降低。     

二氧化硅气凝胶的气相热导率模型分析

气凝胶是一种超级隔热材料,具有极低的整体热导率。气凝胶的纳米多孔网络结构极大限制了气体分子热运动,使得气凝胶中的气相热导率低于自由气体的气相热导率。本文介绍并讨论了气凝胶气相热导率的基本理论和模型,考察了孔径尺度和气凝胶固相骨架对气相热导率的影响。结果表明,气凝胶气相热导率随气压和孔径的减小而迅速降低,随气凝胶密度的增大而降低。当压力极低时,气凝胶的气相热导率远低于常压下大空间的静止空气。气凝胶纳米固体网格对气相热导率存在重要影响,在(0.01～100)×10⁵ Pa的压力范围内影响尤其显著。     

二氧化硅气凝胶的制备及其在隔热涂层材料中的应用进展

二氧化硅(SiO_2)气凝胶由于特殊的材质及内部三维网状孔隙结构,导热系数低,隔热保温性能优异。阐述了SiO_2气凝胶的制备方法、隔热机理及其在隔热涂层材料中的应用进展;同时考察了气凝胶与耐高温树脂(如酚醛、脲醛树脂等)制备复合材料以应用于涂料中的可行性,以期拓宽SiO_2气凝胶的应用范围。     

纤维增强Al2O3-SiO2气凝胶隔热复合材料研究进展

Al₂O₃-SiO₂气凝胶是一种低密度、高比表面积、高孔隙率、低热导率的三维结构纳米多孔材料,在航空航天、建筑保温、石油化工等领域具有广泛的应用前景,是理想的高温隔热基体之一。但纯Al₂O₃-SiO₂气凝胶力学性能和抑制高温辐射传热能力较弱,限制了自身在隔热领域的应用。采用纤维作为增强体,制备的Al₂O₃-SiO₂气凝胶复合材料同时具有较好的力学和隔热性能,是目前国内外高温隔热材料方向的研究热点之一。本文介绍了纤维增强Al₂O₃-SiO₂气凝胶隔热复合材料的制备方法,综述了目前国内外该材料的研究进展,并对其未来发展趋势做了展望。     

Flexible Electrospun strawberry-like structure SiO2 aerogel nanofibers for thermal insulation

Herein, a novel flexible SiO₂ aerogel composite nanofiber membrane with strawberry-like structure and excellent thermal insulation properties, in which SiO₂ aerogel particles act as thermal insulation filler, was prepared by electrospinning technology. With the addition of nano-pore structure SiO₂ aerogel particles, the heat transfer path of the fibers inside the membrane became discontinuous, endowing the as-prepared membrane an ultra-low thermal conductivity of 30.3 mW/(m?K) and large surface area of 240 m²/g. Moreover, the nanofibers membrane also possesses the combined merits of excellent fire resistance, high-temperature stability, and temperature-invariant flexibility, rendering it a promising in the application of insulation and gas adsorption. The successful preparation of this flexible nanofiber membrane paves a new way to design materials with excellent thermal insulation and adsorption properties.     

二氧化硅气凝胶隔热复合材料的高温疏水改性及失效机制

SiO₂气凝胶隔热复合材料已经广泛应用于航空航天、石油化工等隔热保温领域,通过疏水改性可大幅拓展其应用场景。为了使SiO₂气凝胶隔热复合材料在更高温度仍保持良好的疏水性能,采用聚硅氧烷改性硅酸盐涂料对SiO₂气凝胶隔热复合材料进行表面刷涂疏水改性,然后研究了涂层厚度对裂纹扩张的影响以及涂层在高温下疏水性能的失效机制和刷涂改性前后复合材料的耐磨损性能。结果表明,当涂层厚度大约为13 μm时,所制备的涂层表面无裂纹,接触角可达(113±2)°,经450 ℃高温热处理1 800 s后接触角依然可以保持在105°左右,表现出良好的热稳定性,同时涂层显著提高了复合材料的耐磨损性能。     

Elytra-mimetic ceramic fiber aerogel with excellent mechanical,anti-oxidation,and thermal insulation properties

High-performance thermally insulating aerogel with low density, high porosity, and low thermal conductivity characteristics was widely used in heat insulation. However, the large-scale application of aerogel was still limited by its brittleness and infrared radiation transparency at high-temperature. Fiber composite aerogel had achieved significant progress, but its anti-oxidation ability was poor, and its thermal insulation required further improvement at ultra-high temperatures. Herein, inspired by the structure of elytra, nanoparticle fiber (NF) was prepared by electrospinning of coaxial fiber loaded with opacifier and antioxidant nanoparticles. The NF was incorporated into the SiBCN aerogel to prepare NF/SiBCN ceramic fiber aerogel. The mechanical properties were improved by fiber networks. The shell structure increased the antioxidant properties. Heat conduction and heat convection were suppressed by the aerogel, while heat radiation was reduced by the coaxial fiber. The results showed that the ceramic fiber aerogel exhibited superior mechanical, antioxidant, and ultra-low thermal conductivity properties.     

SiO2气凝胶纤维隔热复合材料的常压制备及性能表征

SiO₂气凝胶的力学性能较差,隔热性能较强,为了使其成为良好的隔热材料,本文提出一种SiO₂气凝胶纤维隔热复合材料的制备方法。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,玻璃纤维和陶瓷纤维为增强体,硅烷偶联剂KH550和KH570为纤维处理剂,在常压条件下制备SiO₂气凝胶纤维隔热复合材料,并对材料性能进行表征。结果表明:前驱体中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)含量越高,复合材料中SiO₂气凝胶导热系数越低,低至0.028 W/(m·K);使用硅烷偶联剂KH550时,基体和纤维之间结合的紧密程度更高;纤维的加入使SiO₂气凝胶的力学性能达到很高水平;当前驱体中TEOS与CTAB摩尔比为1∶0.022时,经KH550处理的玻璃纤维/SiO₂气凝胶复合材料导热系数为0.054 W/(m·K),力学性能良好,隔热性能最优。     

Thermal insulation and antioxidation of vertical graphene oxide-grafted carbon nanofiber aerogels with ceramic coating

In this work, composite aerogels with low thermal conductivity and antioxidation were prepared by introducing graphene oxide (GO) on the carbon nanofibers (CNFs) surface, followed by ceramic coating. CNFs surface-grafted vertical morphology of GO was used as an enhancer to hinder the heat radiation transmission. The introduced shrinkage-resistant ceramic coating was used as an antioxidant barrier for carbon materials. The anti-shrinking ceramic coating was obtained by heat treatment of coating with wrinkle morphology to complete the ceramic transformation. The wrinkle morphology of the coating originated from the gradient crosslinking of the coating before its ceramic transformation. Among them, the gradient crosslinking of the coating could be done by irradiation crosslinking and crosslinker impregnation crosslinking. The thermal insulation and antioxidant of the composite aerogel were jointly investigated. Moreover, the mechanism of CNFs surface grafting GO and the anti-shrinkage mechanism of the coating were systematically discussed. The experimental results showed that the aerogel exhibited excellent thermal insulation and oxidation resistance in a wide range of temperatures. The structural design of the aerogel not only weakened the thermal radiation transmission to the CNFs aerogel but also significantly enhanced the antioxidant.     

纳米二氧化硅气凝胶隔热材料的研究进展

作为一种超级隔热材料,二氧化硅气凝胶具有极高的孔隙率和极低的热导率。着重介绍了纳米二氧化硅气凝胶隔热材料的类型以及制备方法。常见的制备方法为先制成纳米孔气凝胶的颗粒和粉料,再掺入增强纤维和黏结剂,经二次成型制成复合体。分析了二氧化硅气凝胶复合隔热材料存在的问题,简要介绍了最新的改进技术,提出今后研究的主要目标,即通过廉价原料制备出较低密度下有良好强度和热导率的气凝胶复合材料,最后对其研究前景进行了展望。