有机气凝胶和碳气凝胶的研究与应用

有机气凝胶与碳气凝胶是国际上近年来相继研制成功的新型纳米多孔性材料。介绍了有机气凝胶与碳气凝胶的制备过程、基本性质及应用前景。     

生物质基碳气凝胶制备及应用研究

生物质材料成本低廉、碳源丰富,是碳气凝胶制备中最经济、环保和可持续性的原料。生物质基碳气凝胶展现出密度低、弹性高、比表面积大和导电性好等优异特性,有望广泛应用于电化学储能器件和吸附净化等领域。综述了生物质基碳气凝胶,如纤维素碳气凝胶、木质素基碳气凝胶、生物质衍生物基碳气凝胶以及碳气凝胶复合结构材料的制备工艺,总结了生物质基碳气凝胶在吸附和电化学等领域的应用研究。最后,分析了大规模制备结构均一和性能优良的生物质基碳气凝胶面临的机遇与挑战。     

纤维素基气凝胶功能材料的研究进展

纤维素气凝胶具有低密度、高比表面积及高孔隙率等特性,并且在增强力学性能、改善疏水吸油性能、提高耐热温度和生物抗菌等多种领域具有良好的发展潜力。介绍了纤维素气凝胶材料的制备流程,并着重综述了各种纤维素气凝胶材料及纤维素衍生物功能气凝胶材料的最新研究进展,最后对纤维素基气凝胶材料的未来发展进行了展望。     

纤维素及其衍生物材料的应用研究进展

纤维素及其衍生物是一大类可再生天然高分子材料,具有资源丰富、种类繁多、价格便宜、无毒以及良好的生物降解性和可再生性等特点。因此,纤维素的研究已成为全球可持续发展的主要课题之一。简要介绍了纤维素的结构与性质,并重点阐述了纤维素纤维、纤维素膜、纤维素水凝胶、纤维素气凝胶、纳米纤维素等的应用,同时就充分、高效利用纤维素对经济发展和社会进步将起到的作用做出展望。     

碳气凝胶在电化学领域中的应用研究进展

碳气凝胶是一种新型的非晶态纳米材料,具有比表面积高(600~1 100m2/g)、孔隙率高(80%~98%)和物理化学性能稳定等优点,特别适合作为催化剂及其载体。并且碳气凝胶具有极低的热导率和良好的导电性能,这使得碳气凝胶在耐高温材料和电化学领域中表现出极大的应用前景。近年来,碳气凝胶作为电化学能源材料得到了蓬勃的发展。本文针对现状主要介绍了碳气凝胶的制备工艺,并全面综述了碳气凝胶在燃料电池、锂离子电池和电化学超级电容器等电化学领域中的主要应用研究进展。     

复合型碳气凝胶在应变传感器中的应用进展EI北大核心CSCD

碳气凝胶是一种具有三维多尺度结构的新型轻质多孔材料,其特点是高比表面积、高孔隙率、低密度、高耐热和导电性。当前,碳气凝胶在应变传感器、超级电容器、电磁屏蔽、吸波材料、隔热防火、高效吸附等领域有广泛的应用研究。文中介绍了碳气凝胶的制备方法,包括溶剂热还原法、冷冻干燥法以及模板法;综述了几种复合型碳气凝胶在应变传感器上的应用;对复合型碳气凝胶制备应变传感器的发展方向进行了展望。     

基于纳米材料的气凝胶制备及应用

气凝胶是一种三维多孔材料,具有孔隙率高、比表面积大、密度低等特性。以纳米材料构筑气凝胶可进一步调控孔隙结构、改善机械强度,同时还能赋予气凝胶高导电性、低热导率、高吸附性和隔音吸声等特性,在储能、保温隔热、吸附材料等领域有重要的应用。重点对近年以纳米颗粒、纳米纤维素、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯等不同形态纳米材料构筑的气凝胶的制备、结构、性能和应用进行了综述,同时展望了气凝胶的发展前景与方向。     

碳/掺杂碳气凝胶及其研究进展

经溶胶-凝胶、超临界干燥和高温碳化过程制备的碳气凝胶及通过掺杂获得的掺杂碳气凝胶是一种新型的轻质纳米多孔材料,具有许多优异的性能和广阔的应用前景.介绍了溶胶-凝胶法的反应机理,综述了碳/掺杂碳气凝胶的制备方法、发展现状,指出了目前存在的问题并提出了新的可行的制备掺杂碳气凝胶的方法.     

基于纤维素及其衍生物的凝胶材料设计

凝胶(水凝胶与气凝胶)是一种具有多孔结构的三维材料,其在诸多领域具有广泛应用。纤维素的可降解性及生物相容性等特性使其在凝胶材料设计中备受关注,前景巨大。纤维素及其衍生物通常可通过溶解或在水溶液中均匀分散形成稳定的体系,再经适当交联制成水凝胶。纤维素气凝胶一般是由水凝胶经超临界干燥或冷冻干燥处理制得。系统总结了纤维素基水凝胶的制备方式及机制,分析了气凝胶不同的干燥制备方式对其形态结构的影响,并重点讨论了纤维素基凝胶材料在环境保护、生物医学、能源存储等领域的应用进展,最后指出了该领域研究存在的问题并进行了展望。     

纳米纤维素基气凝胶的制备及其吸附性能研究进展

在可持续发展已成为全球各国共识的今天,合理且高效地研发及利用可再生生物质能源成为国内外各大课题组研究的热点及方向。而纳米纤维素作为典型的生物质可再生材料,将其应用到环境治理领域成为再好不过的选择。同时,以纳米纤维素为基体制备的气凝胶作为第三代气凝胶材料,具有高孔隙率、高比表面积、低密度、低介电常数和较高的吸附性等性能,在染料吸附、油污吸附、重金属离子吸附、CO 2气体吸附等吸附领域有着广阔的应用前景。综述了纳米纤维素的制备方法、纳米纤维素基气凝胶的制备工艺及其在吸附领域的应用,探讨了纳米纤维素基气凝胶在研发中存在的问题,展望了纳米纤维素基气凝胶在吸附领域的未来发展方向。     

纤维素基气凝胶材料及其应用研究进展

现代工业的快速发展,石油基聚合物过度消耗引发了非可再生资源短缺和环境污染双重危机,同时也激发人类利用天然高分子材料创造绿色新材料。纤维素作为地球上当今自然界中储量最大的天然高分子原材料,由于其极强的可再生性,广泛的应用,低廉的成本,良好的生物相容性和易降解性备受关注。与此同时,纤维素气凝胶作为继无机气凝胶及杂化聚合物气凝胶之后逐渐兴起的第三代气凝胶材料,在兼具传统气凝胶高比表面积、高孔隙率、低密度性质基础上融入纤维素材料可重复再生、易降解、相容性好等特性,同时还具备了良好的机械性能和延展性,在隔热、吸附、催化、电磁、生物医药等领域具有广泛的应用前景,成为了新材料研究的热点之一。从纤维素的溶解及纤维素基气凝胶材料的制备与改性入手,介绍了纤维素基气凝胶的性能提升及功能性开发最新研究结果,综述了纤维素基气凝胶材料在不同领域应用进展,并对纤维素基气凝胶材料的未来发展进行展望。     

冰模板法制备纳米纤维素气凝胶及其性能研究

近年来，由于资源、能源和环境问题的不断加剧，低碳环保材料的开发成为研究热点。纳米纤维素气凝胶不仅具有传统气凝胶的优点，还兼具了纤维素来源广、可再生、可降解、良好的生物相容性，在保温隔热领域表现出广阔的应用前景。为了提高纳米纤维素气凝胶的力学性能和保温性能，设计了一种径向具有温度梯度的模具，采用冰模板法制备了一种具有各向异性结构的纳米纤维素气凝胶，并对比分析了冷冻方法对气凝胶结构、密度、孔隙率、收缩率、保温隔热性能的影响。结果表明：采用冰模板法制备的气凝胶在结构、力学性能和保温隔热性能上，均优于冰箱冷冻法和液氮冷冻法制备的气凝胶，是一种实现气凝胶结构调控，改善气凝胶结构与性能的有效方法。     

纤维素基气凝胶吸附性能的研究进展

目前,水体污染和气体污染是环境污染中较为突出的2个问题。在解决污染的诸多办法中,吸附法因适应性好、操作简单而备受研究人员的青睐。在诸多吸附材料中,纤维素气凝胶具有高比表面积、高孔隙率、可再生性、良好的生物相容性和可降解性等优良特性,成为吸附分离领域的研究热点。文中着重介绍了纤维素气凝胶吸附重金属离子、油类、染料、有机物、盐类、PM2.5等污染源的机理、改性处理和应用,探讨了纤维素气凝胶应用于吸附分离领域存在的主要问题和面临的挑战,并对其发展前景进行了展望。     

利用离子液体制备无机气凝胶的研究进展

气凝胶具有三维纳米多孔网络结构,独特的结构使它具有低密度、高比表面积和高孔隙率等性质以及低热导率、低介电常数和低声传播速率等性能,在隔热、介电、隔声、催化、吸附等领域具有广阔的应用前景。然而,溶剂-凝胶法作为目前制备气凝胶最成熟、应用最广的技术,需要使用大量的有机溶剂,严苛而危险的超临界干燥工艺进一步推高了成本,限制了气凝胶的大规模工业化生产和应用,因此,降低成本和在常压干燥条件下制备高比表面积的块状气凝胶是气凝胶产业急需解决的问题。离子液体被称为21世纪的绿色溶剂,具有低蒸气压、低表面张力、高催化性和高溶解性等特殊性质。离子液体与气凝胶材料的发展几乎同步,但直到2000年两种材料才产生交集。离子液体作为模板剂具有微观结构导向作用,使纳米孔结构均一化,其不挥发性和低表面张力保证了老化和常压干燥过程中纳米孔结构不会因毛细管力而坍塌破坏,另外其催化作用可以缩短凝胶时间。因此,离子液体为常压干燥合成气凝胶提供了新的工艺路线。目前,有关借助离子液体制备SiO_2气凝胶、TiO_2气凝胶、SiO_2-TiO_2复合气凝胶、炭气凝胶等无机气凝胶的探索均已展开,其中制备SiO_2气凝胶的研究最多,涉及工艺、微观结构、掺杂和应用等方面。通过常压干燥可获得比表面积高达677m2/g的块状气凝胶,通过选用不同的离子液体还可以控制纳米孔的微观形貌,所得SiO_2气凝胶产物在电化学、生物、吸附等领域有较高的应用潜力。利用离子液体替代有机溶剂可以使得到的TiO_2气凝胶不经煅烧即含有锐钛矿相,通过金属原子Ag、Fe、Ge等掺杂改性,可进一步提高锐钛矿相的结晶度,提升其光催化性能。利用离子液体制得的SiO_2-TiO_2复合气凝胶具有一定强度和良好的光催化活性。此外,除在传统的溶胶-凝胶法中用作模板剂或催化剂外,离子液体还可作为新型的炭源用于制备炭气凝胶,即通过熔盐法高温炭化裂解离子液体"自上而下"直接制备。这种方法可以制备杂原子在原子水平上均匀分布的功能化炭气凝胶,无需制备有机气凝胶前驱物,极大缩短制备周期,并且炭气凝胶产物的比表面积相对更高,得到了科研界的广泛关注。本文介绍了离子液体在气凝胶材料合成过程中的作用原理,归纳了借助离子液体制备前述几种重要的无机气凝胶的国际研究状况。     

纤维素气凝胶在油水分离领域的研究进展

本文综述了关于纤维素气凝胶在油水分离领域的研究进展,介绍了纤维素气凝胶的制备工艺和其在油水分离领域的应用,对各种工艺进行总结,对纤维素气凝胶的发展前景作出了展望.     

石墨烯基气凝胶的制备及应用进展

石墨烯基气凝胶(GAs)不仅具有超高的比表面积和孔隙率、高导电性、高比热容、低密度，而且还有优异的力学性能、稳定的化学性质，在超级电容器、催化剂载体、吸波材料等方面有广阔的应用。针对石墨烯基气凝胶的制备方法(如模板法、自组装法、3D打印法、溶胶-凝胶法等),以及在环境净化、能源及催化等领域的应用和GAs的发展前景进行了综述。     

纤维素气凝胶及纤维素-SiO2复合气凝胶的疏水改性

利用NaOH/Thiourea/H2O作为溶剂体系,采用低温冷冻,常温解冻的方法制备了纤维素水凝胶。通过对正硅酸乙酯(TEOS)水解-缩聚反应速率的控制,采用浸泡的方法获得了纤维素-SiO2复合水凝胶。使用冷冻干燥法分别得到了纤维素气凝胶和纤维素-SiO2复合气凝胶。经过冷等离子改性,以CCl4为等离子体,纤维素及其复合气凝胶由亲水型转变为疏水型,水接触角分别为102°,132°。SiO2的复合降低了纤维素气凝胶的亲水性,复合气凝胶的结构有利于疏水改性。本工作得到的疏水型纤维素气凝胶和复合气凝胶材料,为其在更多领域的应用提供了可能性。     

气凝胶研究进展

综述了多功能纳米材料-气凝胶的发展概况.根据气凝胶纳米结构的形成过程,介绍了溶胶-凝胶过程原理和气凝胶微结构的控制.结合气凝胶独特的性质介绍了其在光学、高能物理、军事、航空航天、电化学等领域的应用.     

ZnO:(Al,La)/纤维素气凝胶/涤棉织物红外隐身复合材料的制备及性能

以纤维素纳米纤维(CNF)为原料合成了纤维素凝胶，将纤维素凝胶平铺在涤棉织物上，低温冷冻再高温干燥得到纤维素气凝胶复合涤棉的隔热材料。采用溶胶-凝胶法合成了低发射率掺杂铝、镧的氧化锌粉末[ZnO∶(Al, La)],球磨后制成涂料，粘附在纤维素气凝胶/涤棉表面形成涂层，得到了低发射率兼具隔热性能的红外隐身复合材料ZnO∶(Al, La)/纤维素气凝胶/涤棉。通过IR-2双波段发射率测试仪研究了不同ZnO∶(Al, La)涂层厚度对复合材料发射率的影响，通过红外热像仪对复合材料的持续隐身性能进行了表征。结果表明：当涂层厚度为400μm时，发射率最低为0.673;纤维素气凝胶厚度为4mm的复合材料可维持90min的红外隐身效果，在红外隐身领域具有广阔的应用前景。     

疏水型气凝胶的制备及应用

气凝胶是一种多孔固体材料,具有高比表面积、高孔隙率、低密度、低热导率和高吸附性等特性,在隔热隔音材料、光学器件和超级电容器等方面具有广泛的应用前景。对气凝胶进行改性可进一步拓展气凝胶的应用性能。疏水改性是近年来气凝胶研究的一个热点方向,可赋予气凝胶对不同液体特殊的亲和性,疏水型气凝胶目前多用于吸附和隔热材料等。疏水改性主要方法有原位法、化学气相沉积法、表面后处理法和冷等离子改进技术等。主要针对气凝胶疏水改性方法及应用进行了介绍。