本文關(guān)鍵詞：三聚氰胺基復(fù)合氣凝膠制備與性能研究　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 三聚氰胺甲醛氣凝膠 淀粉 殼聚糖 石墨烯 復(fù)合氣凝膠

【摘要】：氣凝膠是一種新型的納米多孔材料,具有密度低、孔隙率高、比表面積大、表面化學(xué)性質(zhì)可調(diào)等許多優(yōu)良的物理化學(xué)性能,可用作吸附材料、超級(jí)電容器材料、承重材料、保溫隔熱材料及慣性約束聚變(the Inertial Confinement Fusion,ICF)靶丸材料等,具有廣泛應(yīng)用前景。氣凝膠主要包括無機(jī)氣凝膠、有機(jī)氣凝膠及碳?xì)饽z等。三聚氰胺甲醛(Melamine Formaldehyde,MF)氣凝膠屬于有機(jī)氣凝膠,具有化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、機(jī)械力學(xué)強(qiáng)度較高、反應(yīng)單體官能度高、不易發(fā)生氧化反應(yīng)而變色等優(yōu)勢。但同時(shí)由于MF溶膠-凝膠過程屬于小分子反應(yīng)體系,導(dǎo)致傳統(tǒng)方法制備的MF氣凝膠凝膠化時(shí)間長,所得氣凝膠密度偏大,機(jī)械強(qiáng)度高而韌性差,不利于成型加工。近幾年國內(nèi)外對(duì)于MF氣凝膠的研究進(jìn)展緩慢,本論文通過在MF體系中引入淀粉、殼聚糖及石墨烯等制備高分子基改性的MF復(fù)合氣凝膠,并對(duì)其制備工藝、改性機(jī)理與結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。首先,在MF體系中引入淀粉,制備得到淀粉/MF復(fù)合氣凝膠,考察了反應(yīng)物濃度、反應(yīng)物配比、體系pH值、反應(yīng)溫度等參數(shù)對(duì)復(fù)合體系溶膠-凝膠過程、氣凝膠微觀形貌、理化特性等的影響,結(jié)果表明,淀粉在復(fù)合體系中以物理交聯(lián)的方式與MF形成互穿三維網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu),復(fù)合體系中引入5 wt%淀粉時(shí),凝膠化時(shí)間縮短至7 h,且能夠降低凝膠在溶劑交換與超臨界干燥過程中的體積收縮(最低收縮為0.35%),最終制得密度為38 mg/cm~3的復(fù)合氣凝膠。與純MF氣凝膠相比,該復(fù)合氣凝膠的孔徑分布更加均勻,機(jī)械韌性得到明顯改善,壓縮形變可達(dá)79%。為進(jìn)一步縮短凝膠化時(shí)間并增強(qiáng)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),在MF體系中引入具有活性氨基的殼聚糖大分子,制備出密度低于10 mg/cm~3具有化學(xué)交聯(lián)作用的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的殼聚糖/MF復(fù)合氣凝膠。探討了反應(yīng)物濃度、反應(yīng)物配比、體系pH值、反應(yīng)溫度等對(duì)溶膠-凝膠過程及氣凝膠微觀形貌與結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)引入10 wt%的殼聚糖時(shí),所得氣凝膠的綜合性能最好,凝膠時(shí)間可縮短至10 min,最低收縮率僅3.5%,比表面積高達(dá)392.2 m~2/g。與淀粉/MF氣凝膠相比,反應(yīng)物配比在較大范圍內(nèi)變化,均可獲得機(jī)械韌性優(yōu)良的殼聚糖/MF復(fù)合氣凝膠。為了使氣凝膠在保持優(yōu)良機(jī)械韌性的同時(shí)具有更高的楊氏模量,考慮到石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)性能,在MF/殼聚糖體系基礎(chǔ)上進(jìn)一步加入石墨烯,制備出殼聚糖/石墨烯/MF三元體系新型復(fù)合氣凝膠。研究了石墨烯加入量對(duì)體系凝膠化時(shí)間、微觀形貌、比表面積及機(jī)械性能的影響。石墨烯中含有大量活性官能團(tuán),可進(jìn)一步加強(qiáng)復(fù)合體系中的化學(xué)交聯(lián)作用,在保持低體積收縮率的同時(shí)進(jìn)一步縮短凝膠化時(shí)間。石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)性能,其楊氏模量約為1 TPa。因此,在殼聚糖/MF體系中引入石墨烯能有效提高氣凝膠的楊氏模量。研究結(jié)果表明,該三元復(fù)合氣凝膠具有良好機(jī)械韌性的同時(shí),其楊氏模量較之殼聚糖/MF二元復(fù)合氣凝膠得到進(jìn)一步的提高。這種方法為制備綜合性能優(yōu)良的MF復(fù)合氣凝膠提供了新的可能性。此外,將該三元復(fù)合氣凝膠進(jìn)行高溫碳化處理,成功制得相應(yīng)的碳?xì)饽z。研究表明,相應(yīng)的碳?xì)饽z材料具有優(yōu)良的電化學(xué)性能和吸附性能。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O648.17

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;氣凝膠玻璃[J];硅酸鹽通報(bào);2000年04期

2 徐超;周斌;解德濱;沈軍;倪星元;徐展;;超低密度SiO2氣凝膠快速制備的新方法[J];材料導(dǎo)報(bào);2006年06期

3 何方;趙紅雨;趙海雷;崔巍;徐三魁;;氣凝膠材料研究的新進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2007年12期

4 ;氣凝膠，改變世界的神奇材料[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2008年01期

5 沈軍，王玨，，吳翔;氣凝膠──一種結(jié)構(gòu)可控的新型功能材料[J];材料科學(xué)與工程;1994年03期

6 王玨,沈軍;有機(jī)氣凝膠和碳?xì)饽z的研究與應(yīng)用[J];材料導(dǎo)報(bào);1994年04期

7 王玨，周斌，吳衛(wèi)東，沈軍;硅氣凝膠材料的研究進(jìn)展[J];功能材料;1995年01期

8 ;利用離子液體制造二氧化硅氣凝膠[J];現(xiàn)代化工;2000年08期

9 李冀輝,胡勁松;有機(jī)氣凝膠研究進(jìn)展(Ⅰ)──有機(jī)氣凝膠發(fā)現(xiàn)、制備與分析[J];河北師范大學(xué)學(xué)報(bào);2001年03期

10 李冀輝,胡勁松;有機(jī)氣凝膠研究進(jìn)展(Ⅱ)——有機(jī)氣凝膠的特性與應(yīng)用[J];河北師范大學(xué)學(xué)報(bào);2001年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 蔡杰;張俐娜;Shigenori Kuga;;高強(qiáng)度纖維素/SiO2氣凝膠的結(jié)構(gòu)和性能[A];2009年全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集（下冊(cè)）[C];2009年

2 姚先周;胡子君;孫陳誠;李俊寧;張宏波;;二氧化硅氣凝膠微結(jié)構(gòu)的熱設(shè)計(jì)[A];復(fù)合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(下冊(cè))[C];2010年

3 劉世明;王慧;曾令可;;納米SiO_2氣凝膠的性能表征與分形維數(shù)[A];中國顆粒學(xué)會(huì)第六屆學(xué)術(shù)年會(huì)暨海峽兩岸顆粒技術(shù)研討會(huì)論文集（下）[C];2008年

4 鄧忠生;黃耀東;魏建東;楊靖;王玨;沈軍;陳玲燕;吳愛梅;;二氧化硅氣凝膠的表面修飾研究[A];第四屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2001年

5 劉寧;符若文;;球狀有機(jī)氣凝膠及其炭氣凝膠的結(jié)構(gòu)[A];2004年中國材料研討會(huì)論文摘要集[C];2004年

6 常智;趙海雷;何方;仇衛(wèi)華;周國治;曲選輝;;摻雜纖維的硅石氣凝膠的結(jié)構(gòu)與性能[A];華北地區(qū)硅酸鹽學(xué)會(huì)第八屆學(xué)術(shù)技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2005年

7 王玨;沈軍;張波;蔣偉陽;陸獻(xiàn)平;;有機(jī)氣凝膠的熱傳輸機(jī)理研究[A];第二屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1995年

8 任洪波;張林;杜愛民;;快速制備塊狀氧化鐵氣凝膠的研究[A];第八屆全國核靶技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C];2004年

9 楊大祥;馮堅(jiān);周新貴;張長瑞;王娟;張浩;;低溫下酸/堿兩步法制備氧化硅氣凝膠[A];全國第三屆溶膠—凝膠科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2004年

10 趙南;馮堅(jiān);姜勇剛;高慶福;馮軍宗;;耐高溫氣凝膠隔熱材料[A];2011·中國絕熱節(jié)能材料協(xié)會(huì)年會(huì)論文集[C];2011年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 本報(bào)記者 潘未末;年創(chuàng)產(chǎn)值20億 氣凝膠蘊(yùn)含驚人商機(jī)[N];深圳特區(qū)報(bào);2009年

2 本報(bào)記者 陳龍;“藍(lán)煙”裊裊向市場[N];中國航天報(bào);2012年

3 西藏圣一新能源股份公司研究院院長 李光武;氣凝膠：可以改變世界的多功能新材料[N];中國建材報(bào);2013年

4 宏文;二氧化硅氣凝膠有望產(chǎn)業(yè)化[N];中國建材報(bào);2013年

5 戚翔;世界最輕固體將改變世界[N];工人日?qǐng)?bào);2007年

6 通訊員 何秦江;投資兩億 年產(chǎn)三噸[N];紹興日?qǐng)?bào);2006年

7 彭紅;中國氣凝膠產(chǎn)品打破美國壟斷局面[N];新華每日電訊;2008年

8 彭紅;氣凝膠產(chǎn)業(yè)化開啟納諾高科有望成最大供應(yīng)商[N];中國質(zhì)量報(bào);2008年

9 通訊員 周煒 朱海洋 記者 潘劍凱;浙大實(shí)驗(yàn)室誕生超輕氣凝膠[N];光明日?qǐng)?bào);2013年

10 閆潔;女科學(xué)家一次偶然經(jīng)歷,稻殼變廢為寶[N];新華每日電訊;2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 何松;二氧化硅氣凝膠及其復(fù)合材料制備與吸附應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

2 龍濤;塊狀鈦基氣凝膠的制備及光催化降解廢水中有機(jī)污染物實(shí)驗(yàn)研究[D];中國地質(zhì)大學(xué);2016年

3 張勇;三聚氰胺基復(fù)合氣凝膠制備與性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

4 馬玉花;氧化銀基復(fù)合水凝膠膜/氣凝膠微球的制備及其光催化性能的研究[D];新疆大學(xué);2017年

5 李治;增韌疏水性二氧化硅氣凝膠制備及燃燒性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

6 鄭文芝;二氧化硅氣凝膠研制及其結(jié)構(gòu)性能研究[D];華南理工大學(xué);2010年

7 趙忠強(qiáng);氧化物氣凝膠的制備、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究[D];山東大學(xué);2008年

8 徐海s

本文編號(hào)：1325435