SiO2气凝胶分子动力学模拟研究进展

杨 云，史新月，吴红亚，秦胜建，张光磊

(石家庄铁道大学材料科学与工程学院，石家庄 050043)

0 引 言

气凝胶材料因其三维纳米骨架结构，具有低密度、高孔隙率、高比表面积的特性，符合目前追求轻质、坚固、经济的超轻工程材料的发展趋势，近年来得到广泛关注。制备气凝胶的材料选择上有很大的灵活性，Kistler等[1]早在二十世纪三十年代就通过超临界干燥法成功合成了二氧化硅、氧化铝和氧化钨气凝胶。二氧化硅气凝胶是目前研究最成熟，使用最广泛的无机氧化物气凝胶。其最早的化学前驱体是偏硅酸钠[2]，目前逐步被硅醇氧化物取代，例如正硅酸甲酯、正硅酸乙酯和甲基三甲氧基硅烷。这些单体缩聚形成多孔凝胶，再经过超临界干燥得到最终的气凝胶结构。

由于独特的结构和性能，二氧化硅气凝胶在工程方面应用较为广泛。二氧化硅气凝胶可以识别、捕捉粒子，被用于研制切伦科夫辐射器[3]、被动式太阳能收集设备[4]以及捕捉太空尘埃[5]，甚至被用于大量纳米粒子的捕获、存储和释放[6-7]。其大规模、低成本的生产在隔热领域也有很大发展。Wittwer等将二氧化硅气凝胶用于被动式太阳能窗[8]、窗户隔热[9]以及航天运载工具上的低温隔热系统[10]。

二氧化硅气凝胶在众多领域都显示出广阔的应用前景，但是由于气凝胶中无机网格骨架的脆性以及高温稳定性差等原因，其实际应用受到限制。目前，从原子结构角度探究气凝胶的组成成分、分形结构特征及热力学性能之间的关联，分析得到热力学性能更优的气凝胶结构并指导实验，已经逐渐成为国内外的研究热点。……