气凝胶骨架结构的有机–无机交联度对其力学、热学性能的影响

张泽, 王晓栋, 沈军

气凝胶骨架结构的有机–无机交联度对其力学、热学性能的影响

张泽, 王晓栋, 沈军

(同济大学 物理科学与工程学院, 上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室, 上海 200092)

硅系气凝胶是目前研究理论最为完善、合成技术最为成熟的气凝胶材料。本工作分别以四乙氧基硅烷(TEOS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、MTMS与二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)混合硅源、乙烯基甲基二甲氧基硅烷(VMDMS)为前驱体, 制备了不同种类的硅系气凝胶。所制得的硅系气凝胶具有较高的比表面积, 并呈现出纳米多孔的网络结构。本研究详细探讨了前驱体结构对气凝胶的力学及热学性能的影响。结果表明, 硅系气凝胶的骨架结构交联度越低, 弹性性能越好; 同时, 引入有机碳氢链会进一步提升气凝胶的弹性性能。所制备的硅系气凝胶兼具良好的保温隔热性能, 常温热导率在0.032~0.041 W/(m·K)范围内, 热重损失随着骨架结构内有机组分的增多而增大。这些优良的力学及热学性能使硅系气凝胶在保温隔热、储能等领域均具有广阔的应用前景。

气凝胶; 骨架结构; 力学性能; 热学性能

气凝胶是一种具有超高孔隙率的三维纳米多孔材料, 独特的纳米多孔结构使气凝胶材料在吸附催化、保温隔热、航空航天、储能等领域均具有广阔的应用前景[1-2]。但是, 这种多孔结构也造成气凝胶材料的力学性能差, 使其极易因受力而破碎开裂, 这大大阻碍了气凝胶的应用。

SiO2气凝胶是目前研究时间最长、制备工艺最为完善的气凝胶材料, 传统的SiO2气凝胶是由有机硅源四甲氧基硅烷(TMOS)或正硅酸四乙酯(TEOS)经酸碱催化反应制得[3]。……