雙先驅(qū)體有機(jī)–無機(jī)雜化氧化硅氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)控制及性能分析.pdf

1、氣凝膠具有的獨(dú)特納米三維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)使其呈現(xiàn)許多優(yōu)異的性能。但是，纖細(xì)脆性的多孔結(jié)構(gòu)所帶來的強(qiáng)度低、韌性差等缺點(diǎn)又極大限制了氣凝膠材料的應(yīng)用。如何實(shí)現(xiàn)材料的柔性化已經(jīng)成為氣凝膠材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。其中，通過選擇含有特殊官能團(tuán)的先驅(qū)體所制備的有機(jī)—無機(jī)雜化氣凝膠，可使氣凝膠在具備傳統(tǒng)多孔結(jié)構(gòu)及優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)氣凝膠的柔性化目標(biāo)。
　　本研究采用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)作為雙先驅(qū)體，基于溶膠

2、—凝膠法和超臨界干燥技術(shù)，制備了雙先驅(qū)體有機(jī)—無機(jī)雜化SiO2氣凝膠。同時，為了提高有機(jī)—無機(jī)雜化SiO2氣凝膠的綜合性能，采用真空浸漬法對該材料進(jìn)行了改性處理，獲得了真空浸漬雙先驅(qū)體改性SiO2氣凝膠。分別對這兩類材料進(jìn)行了組織結(jié)構(gòu)表征和力學(xué)、熱學(xué)性能分析。
　　首先，利用醋酸水溶液為溶劑、尿素為堿性催化劑、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為表面活性劑，通過改變雙先驅(qū)體MTMS和DMDMS之間的比例，采用一步溶膠—凝膠法制備了不

3、同工藝參數(shù)的有機(jī)—無機(jī)雜化SiO2氣凝膠。對該氣凝膠的微觀形貌和孔結(jié)構(gòu)特征等方面進(jìn)行了表征和分析。重點(diǎn)研究了不同先驅(qū)體比例下SiO2氣凝膠孔結(jié)構(gòu)特征的變化。結(jié)果顯示，制得的雙先驅(qū)體SiO2氣凝膠屬于非晶多孔材料。隨著DMDMS含量的增加，SiO2氣凝膠的骨架和孔隙尺寸由納米尺度過渡到微米尺度。這是由于–CH3基團(tuán)的引入，造成分子之間排斥力增大，線狀Si-O-Si鍵增多，從而導(dǎo)致了氣凝膠的孔徑以及骨架尺寸增大，比表面積和總孔容降低。因此，

4、通過選擇雙先驅(qū)體MTMS和DMDMS間的相對含量，可實(shí)現(xiàn)有機(jī)—無機(jī)雜化SiO2氣凝膠材料的孔結(jié)構(gòu)控制。
　　隨后，以微米尺度的樣品M3D2氣凝膠為多孔基體，以納米尺度的樣品M5D0溶膠為液態(tài)填充相，采用真空浸漬法，將M5D0溶膠浸入到M3D2多孔結(jié)構(gòu)中，經(jīng)超臨界干燥，制備了真空浸漬雙先驅(qū)體改性SiO2氣凝膠。微觀組織結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示，納米級凝膠顆粒能夠完整填充微米級孔隙，形成了復(fù)合的多孔結(jié)構(gòu)氣凝膠材料。真空浸漬對雙先驅(qū)體氣

5、凝膠的分子結(jié)構(gòu)影響不大，但由于單先驅(qū)體氣凝膠的浸入，致使改性氣凝膠中環(huán)狀Si–O–Si鍵增多。由于M5D0的浸漬，與樣品M3D2相比，改性氣凝膠的比表面積增加，孔徑變小。
　　不同先驅(qū)體比例制備的氣凝膠力學(xué)性能差別較大。隨著DMDMS含量的增加，氣凝膠塑性增加，但強(qiáng)度降低。較具有高脆性的單先驅(qū)體M5D0氣凝膠而言，雙先驅(qū)體M3D2氣凝膠呈現(xiàn)出良好的柔韌性。干燥條件對氣凝膠的影響較大。經(jīng)超臨界干燥的氣凝膠在柔韌性和強(qiáng)度方面均明顯優(yōu)于