空间高速粒子捕获用密度梯度气凝胶的热学与力学特性

杜 艾 周 斌 归佳寅 刘光武 李宇农 吴广明 沈 军 张志华

(同济大学,上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室,上海200092)

空间高速粒子捕获用密度梯度气凝胶的热学与力学特性

杜 艾 周 斌*归佳寅 刘光武 李宇农 吴广明 沈 军 张志华

(同济大学,上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室,上海200092)

采用正硅酸四乙酯(TEOS)的乙醇-水溶液为前驱体,氢氟酸为催化剂,结合溶胶-凝胶过程与CO2超临界流体干燥工艺,一步反应获得了密度为40-175 mg·cm-3的单元气凝胶.以上述工艺为基础,通过逐层凝胶法、溶胶共凝法和梯度溶胶共凝胶法分别制备了三种密度梯度气凝胶样品,并研究了其功能梯度特性.结果表明:不同密度的气凝胶均具有粒径约为40-90 nm球形颗粒构成的三维骨架结构,密度越低,骨架越疏松,峰值孔径越大,孔径分布也更为分散;三种方法制备的样品均具有明显的密度梯度,梯度特性由不连续到连续.动态热机械性能测试表明,随着密度的降低,气凝胶在低温(-100°C)和常温(25°C)下杨氏模量均有减小的趋势,其范围分别约为4.6×105-1.9×105Pa和.热学测试表明,随着密度的降低,气凝胶的热扩散系数增高,单位体积热容降低,而热导率则不成单调变化.

梯度;气凝胶;热学;力学;热导率;模量;低温

1 引言

气凝胶是一类具有多级分形结构的纳米多孔功能材料.1,2由于兼备宏观特性和纳米效应,其表现出许多介于气体和普通凝聚态物质之间的独特性能.3,4气凝胶的成分范围很广,除了……