TI3SIC2氣凝膠的制備TI3SIC2氣凝膠前驅(qū)體氧化鈦/氧化硅/碳復(fù)合氣凝膠的制備摘要本課題目的是制備一種新型單相陶瓷基塊狀氣凝膠材料（TI3SIC2氣凝膠）。本論文主要完成了TI3SIC2氣凝膠的前驅(qū)體制備工藝的研究。以間苯二酚R和甲醛F為炭源，以3氨丙基三乙氧基硅烷APTES為硅源，TBOT為鈦源，硝酸為催化劑，采用溶膠凝膠法和超臨界干燥工藝來制備氧化鈦/氧化硅/間苯二酚甲醛復(fù)合（TIO2/SIO2/RF）氣凝膠，后經(jīng)熱處理得到氧化鈦/氧化硅/炭復(fù)合TIO2/SIO2/C氣凝膠，即TI3SIC2氣凝膠的前驅(qū)體。關(guān)鍵詞氣凝膠，單相陶瓷基，溶膠凝膠，超臨界干燥ABSTRACTTHEOBJECTIVEOFTHISRESEARCHISTODEVELOPANOVELSINGLEPHASECERAMICBASEDAEROGEL（TI3SIC2AEROGEL）HEREIN,THISPAPERFOCUSESONTHEPREPARATIONOFTHEPRECURSOROFTI3SIC2AEROGEL,IETIO2/SIO2/CAEROGELTIO2/SIO2/RFWASPREPAREDBYSOLGELPROCESSANDSUPERCRITICALDRYING,USINGTHERESORCINOLRANDFORMALDEHYDEFASCARBONICRAWMATERIAL,3AMMONIAPROPYLTRIETHOXYSILANEAPTESASTHESILICICRAWMATERIAL,TBOTASTITANICRAWMATERIALANDNITRICACIDASTHECATALYSTTIO2/SIO2/RFAEROGELWASTRANSFORMEDTOTIO2/SIO2/CAEROGELAFTERTHERMALTREATMENTKEYWORDSAEROGEL,SINGLEPHASECERAMICBASE,SOLGEL,SUPERCRITICALDRYINGPROCESS氧化鈦/氧化硅/碳復(fù)合氣凝膠的制備1引言氣凝膠是一種低密度多孔納米材料，其獨特的納米級多孔結(jié)構(gòu)及三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使之具有極低的密度、高比表面積、高孔隙率密度范圍可達500KG/M3，孔隙率高達80998，孔洞典型尺寸為1100NM，比表面積高達2001000M2/G，表現(xiàn)出獨特的光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)及電學(xué)性能1，應(yīng)用前景廣闊。80年代以后，氣凝膠的研究異常活躍，美國第250期科學(xué)雜志將其列為十大熱門科學(xué)技術(shù)之一。SIO2氣凝膠易碎，難以成塊，它們的強度低，韌性小，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，不利于大規(guī)模的應(yīng)用與發(fā)展。因此需要添加或改變其中的一些原料來增強它們的強度。而本課題通過間苯二酚R和甲醛F為炭源，以3氨丙基三乙氧基硅烷APTES為硅源，TBOT為鈦源,濃硝酸為催化劑，采用溶膠凝膠法和超臨界干燥工藝來制備TIO2/SIO2/RF復(fù)合氣凝膠，后經(jīng)熱處理得到TIO2/SIO2/C復(fù)合氣凝膠并以之作前驅(qū)體，經(jīng)過炭熱還原反應(yīng)進一步制備單相陶瓷基氣凝膠材料。2實驗21儀器與原料儀器HJ6A型磁力攪拌器、BS210S型賽多斯電子天平、超臨界干燥設(shè)備、高溫真空管式爐、烘箱原料間苯二酚R、甲醛F、3氨丙基三乙氧基硅烷APTES、濃硝酸（65水溶液）、鈦酸四丁酯TBOT、去離子水（H2O）、無水乙醇22濕凝膠的制備將二分之一量的無水乙醇、去離子水、甲醛、3氨丙基三乙氧基硅烷和間苯二酚在磁力攪拌機的作用下均勻混合10分鐘得到溶液1；將另外二分之一量的無水乙醇與65的濃硝酸以及鈦酸四丁酯均勻混合10分鐘得到溶液2。再將溶液1與溶液2在磁力攪拌機作用下20分鐘充分混合后封裝于模具中，密封后置于60烘箱中恒溫凝膠。凝膠后的樣品脫模后浸泡在無水乙醇中置于75水浴中老化3天，并且每天更換一次無水乙醇進行溶劑置換，得到醇凝膠。23超臨界干燥圖1為CO2超臨界干燥設(shè)備裝置。將醇凝膠置于超臨界干燥設(shè)備分離釜中，倒入無水乙醇把醇凝膠浸沒以防止加壓過程中樣品出現(xiàn)開裂和CO2對樣品的沖擊。室溫下（25）用二氧化碳泵把分離釜加壓至10MPA并保持在這一水平，以20SLPM（標準公升每分鐘流量，即物質(zhì)在常溫常壓狀態(tài)下的相應(yīng)流量）的放氣速率用液態(tài)CO2置換分離釜中的無水乙醇至收集釜中無乙醇流出，之后將分離釜溫度升至50，以10SLPM的放氣速率進行超臨界置換至收集釜中無乙醇流出，圖1CO2超臨界干燥裝置然后繼續(xù)置換4小時后關(guān)閉供氣系統(tǒng)，以5SLPM的放氣速率泄壓至常壓后取出樣品，得到TIO2/SIO2/RF復(fù)合氣凝膠。24熱處理將RF/SIO2氣凝膠放入管式爐中，在氮氣氣氛保護下以2/MIN的升溫速率加熱至設(shè)定溫度后保溫3H得到TIO2/SIO2/C復(fù)合氣凝膠。三實驗結(jié)果表1研究硝酸濃度對氣凝膠的影響序號ETOH/MLR/GF/MLH2O/MLAPTES/MLTBOT/ML硝酸/ML氣凝膠狀態(tài)11005575478340棄21005575278340好31005575478342棄41005575478343棄51005575478344棄61005575478345棄71005575478346棄81005575478348棄表2研究不含APTES下改變硝酸及無水乙醇對氣凝膠的影響序號ETOH/MLR/GF/MLH2O/MLAPTES/MLTBOT/ML硝酸/ML氣凝膠狀態(tài)16055752/341棄26055752/682棄310055752/682棄415055752/341棄515055752/342棄表3分別研究在有無APTES條件下改變無水乙醇濃度對氣凝膠的影響序號ETOH/MLR/GF/MLH2O/MLAPTES/MLTBOT/ML硝酸/ML氣凝膠狀態(tài)1705575278172棄27055752/172完好31005575278172棄410055752/172良好圖1表3中組2與組4圖2表1中組2與表2中的組1與組45下一步研究計劃針對指定TI3SIC2氣凝膠的前驅(qū)體制備工藝進一步完成TI3SIC2氣凝膠的制備并測其比表面積、密度及孔隙率等。參考文獻1LWHRUBESH,JFPOCOTHINAEROGELFILMSFOROPTICAL,THERMAL,ACOUSTICANDELECTRONICAPPLICATIONSJNONCRYSTALLINESOLIDS,1995,18846532KISTELERSSJPHYSCHEW,1932,36523MCANTIN,MCASSE,LKOCHSILICAAEROGELSUSEDASCHERENKOVRADIATORSJNUCLINSTRMMETHODS,1974,1181774GMPAJONKAEROGELCATALYSTSJAPPLIEDCATALYSIS,1991,722175CTALVISO,RWPEKALA,JGROSS,RESORCINOLFORMALDEHYDEANDCARBONAEROGELMICROSPHERESR,DOEREPORTSNOUCRLJC123478,19966RWPEKALA“AEROGELBASEDELECTRONICDEVICES“A,SEMINARTALKINWURZBURGUNIVERSITY,GERMANY,JULY27,19927MCANTIN,MCASSE,LKOCH,RJOUAN,PMESTREAUANDDROUSSELFBONNIN,JMOUTELANDSJTEICHNERSILICAAEORGELSUSEDASCHERENKOVRADIATORSJNUCLINSTRMETH19741181771828田艷紅,付旭濤,吳伯榮超級電容器用多孔碳材料的研究進展J電源技術(shù),2002,4664699李文萃,陸安慧炭氣凝膠的制備、性能及應(yīng)用A炭素技術(shù),2001,2172010JWENANDWIKESGLORAGANIC/INORGANICHYBRIDNETWORKMATERIALSBYTHESOLGELAPPROACHJCHEMMATER,1996,81667168111ACRAIEVICH,NDELAROSAFOX,EBLANCO,MPIFIERO,MRAMIREZDELSOLARANDLESQUIVIAS