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二氧化硅气凝胶[1]
气相二氧化硅[2]
白某某[2]
定义
气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成纳米多孔网络结构,并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料。
气相二氧化硅(气相白某某)是极其重要的高科技超微细无机新材料之一。气相二氧化硅的分子式:SiO2。
白某某是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称,其组成可用SiO2·nH2O表示,其中nH2O是以表面羟基的形式存在。
制备工艺
溶液-凝胶法。SiO2醇凝胶的制备通常以甲醇或乙醇为溶剂,将正硅酸甲酯(TMOS)或正硅酸乙酯(TEOS)等有机硅与水混合,加入适量催化剂,使之发生水解反应:
Si(OR)4+4H2O→ Si(OH)4+4ROH (R= CH3、C2H5)
水解生成的Si(OH)4再脱水缩聚:
nSi(OH)4→ (SiO2)n+ 2nH2O
最终生成以硅氧键≡ Si— O— Si≡为主体的聚合物并形成具有空间网络结构的醇凝胶。
由卤硅烷(如四氯化硅、四氟化硅、甲基三氯化硅等)气相水解。气相法制备白某某是气相反应,反应剧烈,分子排列紧密,吸湿性较小,表面吸附性能强,补强作用好。
SiCl4+ 2H2+ O2→SiO2↓ + 4HCl
化学沉淀法。沉淀法制备白某某是液相反应,生成硅酸速度缓慢,分子间排列疏松,内部表面结构粗糙,易某某,补强作用差。
NaSiO3+ HCl→
SiO2↓ + H2O + NaCl
Sio2含量
——
"g99.8
"g90
孔某某
80~99.8%
——
——
孔洞尺寸
1~100nm
6~25nm
2~100nm
原始粒径
1-20nm
5~50nm
~0.003mm
按孔道尺寸直径分类
介孔材料(孔道尺寸直径2~50nm)
大孔材料(孔道尺寸直径>50nm)
导热系数
0.003~0.025w/m·k
二氧化硅的物理形态(熔融、结晶等)不同,故导热系数有一定差异。
比表面
200~1000m2·g-1
40~500m2·g-1
20~260m2·g-1
有效热导率
气凝胶基体材料温度和密度一定时,随着真空度的增加,有效热导率先是急剧减小;当压强 < 1 k Pa 时,随压强的降低,有效热导率几乎不变。
sio2气凝胶热导率随密度减小,呈现先减小后增加趋势[5]。
忽略热辐射作用,在高孔某某情况下具有较低的热导率[6]。
用途
1.高能粒子探测器
2.隔热材料
3.声阻抗耦合材料
4.催化剂和催化剂载体
除白某某的常规用途外,气相二氧化硅在农药、医药、粘合剂、牙膏以及化妆品中也有广泛的应用。
合成橡胶的补强
作为填充材料应用于塑料工业
作为上胶剂用于造纸行业
用于涂料工业降低液滴沉降现象
价格
价格昂贵
价格昂贵
较气相白某某,价格低
作为VIP芯材材料使用的优缺点
优点:导热系数低;质量轻;干燥时尺寸稳定;不收缩;具有轻微的弹性压缩;不吸湿;容易抽空
缺点:成本价格昂贵;与水接触时形成硅胶,风干后体积膨
胀 10 倍,并降低了材料的导热性能[4]。
优点:真空状态下其导热系数较低,且对
压力增加不敏感。气相二氧化硅芯材最适合作为建筑保温材料,使用寿命可以维持 30~50 年。
缺点:生产和储存成本就比较高。抽真空时必须防止芯材微小颗粒被抽出来,高吸湿性对抽真空不利等,且这些都增加了制作费用。运送颗粒类芯材的过程中,还会对工人的呼吸系统造成危害[3]。
内容过长,仅展示头部和尾部部分文字预览,全文请查看图片预览。 展[J]硅酸盐通报. 2014,33(12)
[3]陈某某,李某某,陈清,徐某某,李某某,王某某.真空绝热板芯材研究进展[J]科技导报. 2014,32(9):59-62
[4]涂某某,赵某某,戴某某,范某某.真空绝热板芯材回顾和发展[J]材料导报. 2017,31(30):428-432
[5]胡某某,喻某某,毛某某,刘某某,于某某.SiO2气凝胶绝热材料传热模型及导热性能研究[J]山东建筑大学学报. 2018,33(3):38-43
[6]黄某某,冯某某,张某某,李威,杨某某,李静,王某某.介孔二氧化硅基导电聚合物复合材料热导率的实验研究 [J]物理学报. 2012,61(15):1-6
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