本文關(guān)鍵詞：纖維素?fù)诫sSiO_2與Al_2O_3柔性氣凝膠的制備及性能表征，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：氣凝膠是一種由納米顆�；蚓酆衔锓肿酉嗷ソ宦�(lián)構(gòu)成納米多孔骨架結(jié)構(gòu)的固態(tài)材料,其獨(dú)有的納米尺度骨架與孔隙分布特征,賦予該材料優(yōu)異的熱物理性能,故在許多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。然而,氣凝膠本征脆性在很大程度上限制了其廣泛應(yīng)用,因此氣凝膠柔性化研究成為當(dāng)前的一個(gè)科學(xué)熱點(diǎn)問題。本文采用二甲亞砜作為溶劑解決了甲基三甲氧基硅烷在水解縮聚過程中的相分離問題,揭示了二甲亞砜控制相分離的原理,制備出一種具有較高強(qiáng)度的柔性二氧化硅氣凝膠;在此基礎(chǔ)上以自制纖維素晶須(MFC)為增強(qiáng)體,制備出一種高強(qiáng)輕質(zhì)的Si O2/MFC柔性氣凝膠復(fù)合材料,解決了二氧化硅氣凝膠的脆性與纖維素氣凝膠抗壓強(qiáng)度低的問題;此外,針對(duì)耐高溫氧化鋁材料體系,制備出一種更高強(qiáng)度且具有各向異性微觀結(jié)構(gòu)的羥乙基纖維素增強(qiáng)氧化鋁(Al2O3/HEC)的柔性氣凝膠復(fù)合材料�；谇膀�(qū)體在不同濃度二甲亞砜作用下硅烷醇聚合度改變影響相分離程度的原理,獲得甲基三甲氧基硅烷水解縮聚過程中相分離的有效控制技術(shù)。采用超臨界干燥的方法制備了具有柔性的Si O2氣凝膠材料,揭示了二甲亞砜控制相分離的原理與規(guī)律。研究了二甲亞砜溶劑與催化劑氨水的含量對(duì)于凝膠時(shí)間以及氣凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。結(jié)果顯示柔性二氧化硅氣凝膠骨架由Si-O與Si-C組成,Si-C的存在使氣凝膠兼?zhèn)淞耸杷耘c柔性。柔性二氧化硅氣凝膠的最佳配比MTMS:DMSO:H2O:氨水:草酸(摩爾比)為1:6:8:0.05:0.6。其相組成為非晶態(tài)二氧化硅,增韌效果顯著,在50%范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)彈性回復(fù),壓縮力學(xué)性能高達(dá)傳統(tǒng)二氧化硅氣凝膠四倍以上。室溫?zé)釋?dǎo)率為0.0302W/(m·K),比表面積為458.4m2/g,疏水角為152°。二氧化硅氣凝膠在400℃由于有機(jī)基團(tuán)裂解發(fā)生質(zhì)量下降,而500℃之后氣凝膠的剩余質(zhì)量趨于穩(wěn)定且大于80%。研究了二甲亞砜含量對(duì)于氣凝膠的比表面積和孔徑以及熱導(dǎo)率的影響規(guī)律,結(jié)果表明比表面積隨著溶劑含量的增加而升高,熱導(dǎo)率也隨之提高�；诰酆衔锝宦�(lián)柔性化氣凝膠的原理,在上述柔性Si O2氣凝膠材料中摻雜一定比例的自制纖維素晶須,并采用超臨界干燥的方法制備了Si O2/MFC柔性復(fù)合氣凝膠材料。研究了纖維素的加入對(duì)氣凝膠比表面積和微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律以及纖維素含量的改變對(duì)復(fù)合氣凝膠的物相組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明復(fù)合氣凝膠中仍然存在Si-C鍵,二氧化硅以非晶態(tài)的形式存在,而纖維素晶須主要為天然纖維素類型。復(fù)合氣凝膠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以二氧化硅顆粒為主體,纖維素晶須均布其中,形成交纏的纖維素網(wǎng)絡(luò)。氣凝膠結(jié)構(gòu)具有良好的疏水性,疏水角隨著纖維素含量增加有一定程度下降。與純?nèi)嵝远趸铓饽z相比,纖維素的加入對(duì)于氣凝膠密度的影響較小,但是力學(xué)性能明顯提高,熱導(dǎo)率也有所提高�；谖⒔Y(jié)構(gòu)定向控制原理,針對(duì)耐高溫氧化鋁氣凝膠體系,摻雜長(zhǎng)鏈的羥乙基纖維素,并采用液氮預(yù)凍的冷凍干燥方法制備出了各項(xiàng)異性的Al2O3/HEC柔性氣凝膠復(fù)合材料,得到了定向排列、層間相互關(guān)聯(lián)的有序片層結(jié)構(gòu)。研究了不同方向上的力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì),揭示了有序結(jié)構(gòu)的形成原理以及纖維素含量的改變對(duì)氣凝膠微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明隨著纖維素含量的增加,片層結(jié)構(gòu)間距變小,關(guān)聯(lián)形式發(fā)生改變。纖維素含量的改變對(duì)復(fù)合氣凝膠的物相組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)無明顯影響。復(fù)合氣凝膠以HEC纖維素為骨架,表面致密的附著勃姆石相的氧化鋁。這種復(fù)合氣凝膠在400℃以內(nèi)保持一定的熱穩(wěn)定性。纖維素含量的變化對(duì)于Al2O3/HEC纖維素復(fù)合氣凝膠密度與壓縮性能的影響規(guī)律與Si O2/MFC纖維素復(fù)合氣凝膠相同,但是具有不同的破壞形式。Al2O3/HEC柔性復(fù)合氣凝膠在定向排列方向上展現(xiàn)出良好的力學(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】：柔性氣凝膠 二甲亞砜 相分離 纖維素 力學(xué)性能 熱導(dǎo)率 各向異性
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O648.17
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-41
• 1.1 課題背景14
• 1.2 研究的目的和意義14-15
• 1.3 柔性二氧化硅氣凝膠研究進(jìn)展15-28
• 1.3.1 柔性二氧化硅氣凝膠的制備16-21
• 1.3.2 表面活性劑控制相分離21-27
• 1.3.3 溶劑控制相分離27-28
• 1.4 纖維素氣凝膠研究進(jìn)展28-33
• 1.5 氧化物/纖維素復(fù)合氣凝膠研究進(jìn)展33-39
• 1.5.1 二氧化硅/纖維素復(fù)合氣凝膠35-36
• 1.5.2 氧化鋁/纖維素增強(qiáng)氣凝膠36-39
• 1.6 本文的主要研究?jī)?nèi)容39-41
• 第2章 材料的制備與實(shí)驗(yàn)方法41-49
• 2.1 引言41
• 2.2 二氧化硅氣凝膠實(shí)驗(yàn)參數(shù)的確定41-45
• 2.2.1 原料選擇41-42
• 2.2.2 反應(yīng)溫度與時(shí)間的確定42
• 2.2.3 老化及溶劑替換方式的選擇42
• 2.2.4 干燥方式的選擇42-45
• 2.3 實(shí)驗(yàn)分析測(cè)試方法45-49
• 2.3.1 掃描電鏡45
• 2.3.2 透射電鏡45
• 2.3.3 紅外光譜45-46
• 2.3.4 X射線衍射分析46
• 2.3.5 熱穩(wěn)定性分析46
• 2.3.6 比表面積和孔結(jié)構(gòu)分析46-47
• 2.3.7 熱導(dǎo)率測(cè)試47
• 2.3.8 力學(xué)性能測(cè)試47-48
• 2.3.9 接觸角測(cè)試48-49
• 第3章 柔性二氧化硅氣凝膠的制備與組織結(jié)構(gòu)分析49-74
• 3.1 引言49
• 3.2 SiO_2氣凝膠的制備49-53
• 3.3 SiO_2氣凝膠的組織結(jié)構(gòu)分析53-67
• 3.3.1 SiO_2氣凝膠的紅外吸收光譜53-55
• 3.3.2 SiO_2氣凝膠的微觀組織結(jié)構(gòu)55-60
• 3.3.3 SiO_2氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)和比表面積60-65
• 3.3.4 SiO_2氣凝膠的相組成65-67
• 3.4 Si O2氣凝膠的性能分析67-70
• 3.4.1 SiO_2氣凝膠的熱穩(wěn)定性分析67-68
• 3.4.2 SiO_2氣凝膠的導(dǎo)熱性能分析68
• 3.4.3 SiO_2氣凝膠的力學(xué)性能分析68-70
• 3.5 DMSO控制相分離機(jī)理分析70-72
• 3.6 本章小結(jié)72-74
• 第4章 SiO_2/MFC纖維素復(fù)合氣凝膠制備及性能表征74-93
• 4.1 引言74
• 4.2 MFC的制備74-76
• 4.3 SiO_2/MFC復(fù)合氣凝膠的制備76-78
• 4.4 SiO_2/MFC復(fù)合氣凝膠的組織結(jié)構(gòu)78-87
• 4.4.1 SiO_2/MFC復(fù)合氣凝膠的微觀組織結(jié)構(gòu)78-80
• 4.4.2 SiO_2/MFC復(fù)合氣凝膠的紅外光譜80-81
• 4.4.3 SiO_2/MFC復(fù)合氣凝膠的相組成81-82
• 4.4.4 SiO_2/MFC復(fù)合氣凝膠的比表面積與孔結(jié)構(gòu)82-85
• 4.4.5 SiO_2/MFC復(fù)合氣凝膠的疏水性85-87
• 4.5 Si O2/MFC復(fù)合氣凝膠的性能分析87-91
• 4.5.1 SiO_2/MFC復(fù)合氣凝膠的熱穩(wěn)定性87-88
• 4.5.2 SiO_2/MFC復(fù)合氣凝膠的熱導(dǎo)率88-89
• 4.5.3 SiO_2/MFC復(fù)合氣凝膠的力學(xué)性能89-91
• 4.6 本章小結(jié)91-93
• 第5章 Al_2O_3/HEC柔性氣凝膠的制備及表征93-110
• 5.1 引言93
• 5.2 Al_2O_3/HEC復(fù)合氣凝膠制備93-95
• 5.3 Al_2O_3/HEC復(fù)合氣凝膠的組織結(jié)構(gòu)分析95-101
• 5.3.1 Al_2O_3/HEC復(fù)合氣凝膠的微觀組織結(jié)構(gòu)95-100
• 5.3.2 Al_2O_3/HEC復(fù)合氣凝膠的物相組成100
• 5.3.3 Al_2O_3/HEC復(fù)合氣凝膠的紅外光譜100-101
• 5.4 Al_2O_3/HEC復(fù)合氣凝膠的性能分析101-109
• 5.4.1 Al_2O_3/HEC復(fù)合氣凝膠的熱穩(wěn)定性101-103
• 5.4.2 Al_2O_3/HEC復(fù)合氣凝膠的熱導(dǎo)率103-105
• 5.4.3 Al_2O_3/HEC復(fù)合氣凝膠的力學(xué)性能105-109
• 5.5 本章小結(jié)109-110
• 結(jié)論110-113
• 參考文獻(xiàn)113-123
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果123-125
• 致謝125-126
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷126

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 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

2 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

3 ;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

4 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

5 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

6 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

7 ;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

8 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

9 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

10 劉茜;固體空氣——?dú)饽z在服裝和建筑中的應(yīng)用[J];國(guó)外紡織技術(shù);2004年05期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(zhǎng)瑞;王娟;張浩;;低溫下酸/堿兩步法制備氧化硅氣凝膠[A];全國(guó)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(guó)絕熱節(jié)能材料協(xié)會(huì)年會(huì)論文集[C];2011年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 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(chǎng)[N];中國(guó)航天報(bào);2012年

3 西藏圣一新能源股份公司研究院院長(zhǎng) 李光武;氣凝膠：可以改變世界的多功能新材料[N];中國(guó)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(guó)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(guó)氣凝膠產(chǎn)品打破美國(guó)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(guó)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

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 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

2 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

3 徐海s

本文編號(hào)：263095