论文总字数：20871字

摘 要

拥有孔隙多、密度低、热导率低的优势，又有多孔三维连续网状结构的多孔纳米材料，称为气凝胶。脆性大、强度低、难以加工成型却是二氧化硅气凝胶产品所存在力学性能差的问题，二氧化硅气凝胶的应用领域被这些缺陷局限了很多。本论文以正硅酸乙酯（TEOS）作为硅源，制备SiO₂湿凝胶，通过对氧化硅凝胶进行聚合物交联改性，以提高其力学性能。重点研究改性工艺对聚合物交联SiO₂气凝胶力学性能的影响。通过改变实验条件，使用红外光谱测试样品化学组成，使用SEM、TEM、氮气吸附等手段分析气凝胶材料的微观形貌和微观结构，以及进行热学性能和力学性能的测定，来探讨不同实验条件对产物所造成的影响。通过不断完善实验条件，制备出能符合要求的聚合物交联氧化硅气凝胶。

关键词：SiO₂气凝胶 TEOS 聚合物交联

Preparation of polymer crosslinked silica aerogel

Abstract

As a nanomaterial, aerogel has a continuous three-dimensional nanoporous network structure, which makes it have the characteristics of low density, low thermal conductivity and high porosity.The brittleness, low strength, and difficulty in processing are the problems of poor mechanical properties of silica aerogel products. The application field of silica aerogel is limited by these defects. These shortcomings greatly limit the application of SiO₂ aerogel. In this thesis, ethyl orthosilicate (TEOS) is used as the silicon source to prepare the SiO2 wet gel. The polymer properties of the silica gel are modified by crosslinking to improve its mechanical properties.The silica gel is polymer cross-linked to improve its mechanical properties. Focus on researching the mechanical properties of polymer crosslinked SiO₂ aerogels affected by the modification method.By changing the experimental conditions, using infrared spectroscopy to test the chemical composition of the sample, using SEM, TEM, nitrogen adsorption, etc. to analyze the microscopic morphology and microstructure of the aerogel material, and to determine the thermal and mechanical properties, to explore different experimental conditions The impact on the product. Through continuous improvement of experimental conditions, a polymer crosslinked silica aerogel that meets the requirements was prepared.

Key Words: SiO₂ aerogel TEOS polymer cross-linking

目录

摘 要 II

Abstract III

第一章 绪论 6

1.1 前言 6

1.2气凝胶概述 6

1.3 SiO₂气凝胶的制备 7

1.3.1原材料的选取 7

1.3.2溶胶-凝胶 8

1.3.3老化过程 8

1.3.4干燥技术 8

1.3.5 SiO₂气凝胶的制备方法 9

1.4聚合物交联氧化硅气凝胶研究进展 11

1.5本论文研究内容 19

第二章 实验部分 21

2.1实验试剂与仪器 21

2.1.1 实验原料 21

2.1.2 实验仪器 21

2.2反应原理 22

2.3实验步骤 22

2.4性能测试与表征 23

2.3.1 密度 23

2.3.2 孔结构 23

2.3.3 微观结构和形貌 24

2.3.4 力学性能 24

2.3.5 热学性能 24

2.3.6 耐温性 24

2.3.7 水浸润特性 24

第三章 结果与讨论 25

3.1 聚氨酯交联氧化硅气凝胶 25

3.1.1 改性时间对聚氨酯交联氧化硅气凝胶性能的影响 25

3.1.2 改性温度对聚氨酯交联氧化硅气凝胶性能的影响 25

3.1.3 单体浓度对聚氨酯交联氧化硅气凝胶性能的影响 25

3.1.4 单体种类对聚氨酯交联氧化硅气凝胶性能的影响 25

3.1.5 典型聚氨酯交联氧化硅气凝胶的结构与性能 26

3.2 聚脲交联氧化硅气凝胶 26

3.2.1 改性时间对聚脲交联氧化硅气凝胶性能的影响 26

3.2.2 改性温度对聚脲交联氧化硅气凝胶性能的影响 26

3.2.3 单体浓度对聚脲交联氧化硅气凝胶性能的影响 26

3.2.4 典型聚脲交联氧化硅气凝胶的结构与性能 27

第四章 结论与展望 28

4.1结论 28

4.2展望 28

参考文献 29

致谢 32

绪论

前言

气凝胶作为聚合物材料^[1]，是一种多孔三维连续网状结构的多孔纳米材料，优势是孔隙多、密度低、热导率低，

高比表面积、高膨胀率、高导热性指挥。这个1931年被Kistler^[2发现并提出。气溶胶的制备工艺比较复杂，但通常是先用溶胶-凝胶法将湿凝胶制成，再转化成特定的溶剂，然后在网格开口处用相对较高的表面张力溶解和过滤，然后再采用几种较为复杂的工艺形成气凝胶。

由于上述特性，气凝胶被广泛用于催化，吸附，能量存储和检测器领域。

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