二氧化硅气凝胶的合成通常以醇盐为前驱体(如四甲氧基硅烷(TMOS)或四乙氧基硅烷(TEOS)),通过胶体二氧化硅溶胶的凝胶化和老化过程制备。随后,通过干燥去除湿凝胶中包裹的溶剂。超临界干燥需要使用高压设备,导致生产成本较高,但能有效保持凝胶的高孔隙率。相比之下,常压干燥(APD)在成本和安全性方面更具优势,多年来一直是研究热点。不过,在蒸发干燥前,常压干燥需要额外的硅烷化或改性步骤,通过该步骤将极性的硅醇表面化学基团替换为非极性的疏水基团。这种改性步骤能在溶剂前沿后退、毛细管应力释放时产生所谓的 “回弹效应”,从而在溶剂蒸发后恢复凝胶的孔隙率。目前已有大量关于探讨二氧化硅气凝胶合成过程中老化的研究报道,旨在合成低密度疏水二氧化硅气凝胶。
国外有关研究团队系统研究了不同老化时间(2-24 小时)和老化温度(55℃、65℃、75℃)对气凝胶物理化学性能的作用影响,重点关注常压干燥制备的气凝胶材料。该研究通过对二氧化硅凝胶以不同时间和温度进行老化处理,随后在六甲基二硅氧烷中进行疏水改性,再分别通过常压干燥或超临界二氧化碳干燥,获得了不同空隙率结构的气凝胶材料。研究结果表明,老化处理能增强醇凝胶的强度,在高应变率下这种增强效果尤为显著。由于老化过程中的奥斯特瓦尔德熟化效应,随着老化时间的延长和老化温度的升高,气凝胶的比表面积逐渐减小。对于常压干燥的凝胶,随着老化时间延长和温度升高,其线收缩率和体积密度降低,孔径和孔体积增大;而超临界干燥的凝胶,这些性能参数几乎保持不变。
原创 foam 先进隔热材料
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