超声波在线监测正硅酸乙酯溶胶-凝胶行为的实体现状与影响因素

本研究论文聚焦于"正硅酸乙酯溶胶-凝胶行为的超声波在线监测"这一主题，由董元军、侯琳熙和魏丹毅三位作者共同完成。他们首次将超声波监测技术应用于酸催化条件下正硅酸乙酯(TEOS)的溶胶-凝胶过程研究。TEOS在水解-缩合反应中是制备二氧化硅复合材料的关键步骤，这个过程中的溶胶-凝胶行为对材料的光学和力学性能有显著影响。 论文通过实验观察和数据分析，展示了超声波信号特征值随反应时间的变化规律。温度对反应速度有明显影响，高温有利于缩合反应。研究发现，当水分与TEOS的比例为8:1时，反应进程相对较快。超声波信号的衰减变化反映出反应的动态过程，即初期平稳增长，随后出现峰值，然后逐渐减小并稳定，最后再次增大并可能伴随突跃，这揭示了粒径先增后减的趋势，以及水解、缩合和聚合的连续过程。 这项工作的重要性在于，以往虽然有多种先进的结构表征方法如凝胶色谱、粘度法、小角X光散射等用于研究溶胶-凝胶反应机制，但无法实现在线实时监测。超声波监测技术因其非接触性、适应性强、灵敏度高等特性，为深入理解这一过程提供了新的可能性。通过监测超声波信号的变化，研究人员能够实时获取粒子形成、粒径变化、反应程度以及凝胶生成等关键信息，为二氧化硅及其复合材料的制备提供了实时、在线的监控手段，对于优化工艺和深入理解反应机理具有重大价值。 这篇首发论文为超声波技术在材料科学领域，特别是在正硅酸乙酯溶胶-凝胶过程中的在线监测应用提供了创新性的研究方法，有望推动相关领域的研究进展。