一步法制备复合SiO2气凝胶：性能与增强机制

"复合增强型SiO2气凝胶的一步法快速制备与性能表征 (2015年)" 本文是一篇工程技术领域的论文，主要研究了如何通过一步法快速制备复合增强型SiO2气凝胶，并对其性能进行了详细表征。SiO2气凝胶因其低密度、优异的隔热性能以及超疏水特性，在多个领域具有广泛应用。研究人员以水玻璃（硅酸钠）为前驱体，利用去离子水作为溶剂，通过溶胶-凝胶反应生成含有15%陶瓷纤维增强的SiO2湿凝胶。 在制备过程中，他们采用了乙醇、三甲基氯硅烷和正己烷的混合液体进行溶剂替换和表面基团改性，这种方法不仅简化了传统工艺，提高了效率，而且有助于改善气凝胶的性能。经过常压干燥，最终得到的复合SiO2气凝胶块体密度仅为0.216 g/cm3，具有良好的成形性，即使在高温处理后仍能保持未开裂的块状形态。 在微观结构上，纤维与SiO2气凝胶网络结合良好，复合材料的孔洞结构保持完整，骨架未出现断裂，展现出明显的海绵状网络结构和球形骨架结构。这种结构设计增强了气凝胶的机械稳定性。通过对比表面积分析，复合SiO2气凝胶的比表面积达到了743 m²/g，表明其具有极大的表面积，有利于吸附和反应。 此外，热重分析显示了材料的热稳定性，而疏水性测试则表明材料具有超疏水性，接触角为146°。在弹性模量测试中，复合气凝胶的弹性模量为5.1 MPa，显示出一定的机械强度。在热导率测试中，当温度升至400℃时，气凝胶的热导率从0.0263 W/(m·K)上升到0.0512 W/(m·K)，虽然有所增加，但仍保持了良好的隔热效果。接触角在高温下降低至138°，说明表面疏水性在高温下略有下降。 论文还探讨了一步法溶剂替换及表面修饰的机理，这为理解和优化气凝胶的制备提供了理论基础。这项研究成功地开发了一种快速制备复合增强SiO2气凝胶的新方法，有望在热绝缘、催化剂载体、环境净化等领域发挥重要作用。