氣凝膠是由相互連接的三維固體網(wǎng)絡(luò)組成并且被大量的氣體填充的多孔固體材料,其納米尺度的結(jié)構(gòu)和理化特性使得氣凝膠的具有孔隙率高、表面積大、密度低等優(yōu)點(diǎn)。在儲(chǔ)能、吸附、催化等眾多領(lǐng)域都展現(xiàn)出廣泛應(yīng)用價(jià)值和前景。然而,采用簡(jiǎn)單工藝制備出既具有高比表面積、高孔隙,又具有光、電、熱、磁等多種功能的氣凝膠,仍然是一大挑戰(zhàn)。顯然單一組分的氣凝膠在功能化方面難以勝任,不過(guò)材料的復(fù)合可以使得材料在性能上取長(zhǎng)補(bǔ)短,產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。因此復(fù)合成為目前氣凝膠功能化發(fā)展的主要方向。基于此,本文選擇杜邦公司生產(chǎn)的高強(qiáng)度芳綸1414（商品名為Kevlar）為基體相,它具有模量高、熱穩(wěn)定性好、重量輕、耐酸堿等優(yōu)異性能。與之前研究不同,本文采用去質(zhì)子化的方法將宏觀的芳綸纖維束溶解在二甲基亞砜（DMSO）溶液中得到芳綸納米纖維（ANF）分散液,然后與其他高性能納米材料復(fù)合,制備成復(fù)合氣凝膠,具體研究?jī)?nèi)容包括:（1）利用CNT的高效屏蔽性能,將ANF與CNT混合后采用刮刀涂布、溶膠-凝膠、冷凍干燥等處理方式制備成雜化氣凝膠。最后施加氟碳樹(shù)脂（FC）涂層使得材料具有良好的疏水性。由于分子間作用力和π-π堆疊作用,CNT與ANF混合... 

【文章來(lái)源】：海南大學(xué)海南省 211工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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物質(zhì)在不同密度上的分布與轉(zhuǎn)變(Duetal.,2013)

海南大學(xué)碩士學(xué)位論文3規(guī)模生產(chǎn)的氣凝膠之一，也是當(dāng)前研究最成熟的的氣凝膠之一。其三維網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)由二氧化硅微納顆粒組成。具有低密度，低折射率，超低熱導(dǎo)率，高透明度等優(yōu)異的物化性質(zhì)。美中不足的是其機(jī)械性能較差，應(yīng)力作用下常常發(fā)生脆斷。因此SiO2氣凝膠在干燥之前通常會(huì)經(jīng)歷老化這一步驟，目的是在溶膠凝膠過(guò)程中加強(qiáng)氣凝膠網(wǎng)絡(luò)骨架之間的機(jī)械作用提高機(jī)械性能。無(wú)機(jī)氣凝膠中二氧化硅氣凝膠熱導(dǎo)率最低，透明度最高，應(yīng)用廣泛。BN氣凝膠耐高低溫性能最佳，屬新興氣凝膠材料。圖1.2展示了SiO2、BN這兩種氣凝膠。我們實(shí)驗(yàn)室也對(duì)這兩種無(wú)機(jī)氣凝膠的研究取得一些研究研究進(jìn)展，包括無(wú)需溶劑置換過(guò)程的SiO2氣凝膠制備(Wangetal.,2015)，超疏水二氧化硅氣凝膠的制備(Wangetal.,2016)，直接分離法制備二氧化硅氣凝膠粉體(Liuetal.,2019a)，耐高低溫的BN柔性氣凝膠(Lietal.,2019b)等。圖1.2二氧化硅氣凝膠塊體和氮化硼氣凝膠塊體Fig.1.2Silicaaerogelblockandboronnitrideaerogelblock（2）金屬氣凝膠金屬氣凝膠既具備了氣凝膠的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)又兼具了金屬的導(dǎo)電催化等功能特性。使得金屬氣凝膠具有獨(dú)一無(wú)二的性能，包括低密度、高比表面積、高導(dǎo)電性、低熱導(dǎo)率等性能。因此適用于傳感，催化，儲(chǔ)能等領(lǐng)域(Yangetal.,2019)。制備金屬氣凝膠的方法有粉末冶金法，燃燒法，脫合金法，冷凍組裝打印法等(Caietal.,2018)。然而這些方法常常制備條件苛刻（高溫、高壓、無(wú)氧等），使得金屬氣凝膠的制備往往成本很高。不僅如此，由于密度是氣凝膠的關(guān)鍵指數(shù)，而金屬材料的密度往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無(wú)機(jī)非金屬、高分子等材料的密度（例如，銀的密度是硅的5倍），這使得金屬氣凝膠在降低密度工藝技術(shù)上具有相當(dāng)高的難度，所以當(dāng)前金屬氣凝膠的發(fā)展受到比較?

芳綸納米纖維基功能復(fù)合氣凝膠的設(shè)計(jì)制備與應(yīng)用研究4圖1.3金氣凝膠與銀納米線氣凝膠(Qianetal.,2019,Qianetal.,2017)Fig.1.3AuaerogelandAgnanowireaerogel（3）碳?xì)饽z碳?xì)饽z是一類特殊的氣凝膠，最先由Pekala等(W,1989)人在20世紀(jì)80年代將有機(jī)前驅(qū)體經(jīng)過(guò)惰性氣體熱解制備而成的。在惰性條件下熱解，前驅(qū)體中的不耐熱成分隨著溫度的升高生成氣體逃逸，最終產(chǎn)生介孔和微孔碳骨架結(jié)構(gòu)，獲得了高比表面積和高孔隙率。與此同時(shí)也形成微晶或無(wú)定型的碳區(qū)域，自由電子在外加電場(chǎng)的作用下，在氣凝膠的碳骨架發(fā)生定向移動(dòng)，因此碳?xì)饽z具有高比表面積的同時(shí)兼具優(yōu)異的導(dǎo)電性，所以常用于超級(jí)電容器(Chenetal.,2019)，催化材料(Chenetal.,2015)等方向。表1.1不同有機(jī)來(lái)源制備的碳?xì)饽z的類型和特性Table1.1TypesandcharacteristicsofcarbonaerogelspreparedwithdifferentorganicsourcesNameDensity(g/cm3)Specificsurface(m2/g)Pore(nm)RF0.03-0.6400-100050MF0.1-0.8875-102550PF0.1-0.25350-60010CF0.15-0.480030PUF0.12-0.5300-60020根據(jù)碳源的不同，碳?xì)饽z有諸多的體系（間苯二酚—甲醛（RF）、三聚氰胺—甲醛（MF）、甲酚—甲醛（CF）、苯酚—糠醛（PF）、高分子異氰酸酯（PUF）等），表1.1所示是由不同有機(jī)碳源制備的碳?xì)饽z的類型和特性。其中，由于酚醛樹(shù)脂（RF）反應(yīng)簡(jiǎn)單，所以該體系是最常被研究的。RF濕凝膠通常是由間苯二酚和甲醛水溶液采用直接共聚和納米級(jí)相分離制備的(Salihovicetal.,2018)，再通過(guò)干燥獲得氣凝膠，最后熱解制備成碳?xì)饽z。由于熱解原因，碳?xì)饽z通常易脆，為此，俞書(shū)宏等(Yuetal.,2019)受蛛網(wǎng)啟發(fā)，通過(guò)使用間苯二酚—甲醛（RF）樹(shù)脂作為硬碳源，制備了具有納米纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的超彈性和抗


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