凝胶附二气凝胶.ppt
《凝胶附二气凝胶.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《凝胶附二气凝胶.ppt(49页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、气凝胶 Aerogel,按照溶胶凝胶的思路给气凝胶定义 气凝胶是这样的一种材料, 它是从凝胶而来, 当凝胶三维骨架所形成的孔中的液体被空气取代后就形成了气凝胶。,一、何谓气凝胶?,溶胶中胶体颗粒的尺寸分散于11000nm间, 凝胶具有海绵状的三维固体网络, 孔中填充着其它物质,一般为液体。 凝胶通常是由金属的烷氧基化合物、易水解的金属化合物经水解、缩合反应形成骨架结构, 凝胶的孔中填充包藏了水、以及水解过程中生成的醇, 这时的凝胶称为水凝胶(hydrogel),醇凝胶(alcogel). 当水凝胶或醇凝胶中的液体被空气代替, 同时能够保持凝胶的骨架网络结构不发生改变, 就得到了气凝胶。,怎样保
2、持凝胶的骨架网络结构不发生改变?,形成气凝胶,必须采取特殊的手段, 手段是什么?,1931年,Kistler首先制备出了气凝胶, 使用的干燥方法是:超临界干燥。 1965年,开始了气凝胶的应用研究,如将气凝胶应用于高能物理中的粒子探测器; 1985年开始,每年都会召开国际研讨会, 研究报道持续、稳定增长。 介绍超临界状态和超临界干燥方法,以及它与不同干燥方法的主要区别。,二、气凝胶网络结构的形成,制备气凝胶的关键是:形成具有高度孔性的三维网络结构, 控制条件使得固体物质仅占总体积的115。 气凝胶的组成包括: 无机物; 无机有机杂化物; 有机物; 影响凝胶形成及性质的因素对于气凝胶关系重大,
3、因为气凝胶保持了原凝胶的几乎所有的性质。,Mixing of the precursors,Some variable parameters: -Type and concentrations of the precursors -type of solvent -ratio of H2O to alkoxy groups -type of catalyst -pH, temperature,sol,Condensation of the sol particles,hydrolysis,gelation,Aging,“wet”gel,Aerogel,drying,Some variable
4、parameters: -temperature -time High temperature -supercritical drying low temperature -freeze-drying -drying under ambient temperature,(一)无机气凝胶,1、 SiO2 aerogel 几乎所有的金属、半金属都可以形成凝胶。 无机(气)凝胶的典型代表就是: SiO2 gel or SiO2 aerogel 1931年,Kistler首先尝试制备的就是SiO2气凝胶, 从水玻璃(硅酸钠的水溶液)出发, 加入盐酸进行中和,形成SiO2凝胶: “Na2SiO3”2HC
5、l SiO2xH2O+2NaCl 用水通过数个循环,洗除NaCl, 怎么样使SiO2凝胶中的水被空气替代呢?,H2O,直接进行超临界干燥,将会使凝胶胶溶, Kistler采用的方法是, 首先用其它的溶剂,如醇,醛,将水替代出来, 然后,再进行超临界干燥。 在当时,这种方法的缺点就是,需要消耗约一周以上的时间。 1960s,Teichner对于制备SiO2气凝胶的方法进行了改进, 采用正硅酸甲酯(TMOS)为原料, 将正硅酸甲酯溶解于甲醇中, 加入确定量的水来启动水解缩合反应。,这样,填充于SiO2凝胶的孔结构中的液体就以醇为主, 湿凝胶在进行超临界干燥之前就不需要进行溶剂置换, 但是,形成凝胶
6、过程加长了,影响的因素增多。,影响水解与缩合的主要因素: 前驱物的种类与浓度; 溶剂的种类; 水量与前驱物中烷氧基的比率; 反应的温度; pH值;,pH值对于SiO2气凝胶形成的影响,pH值主要控制烷氧基硅Si(OR)4的水解与缩合. 酸性条件下(pH=2-5): 有利于烷氧基硅Si(OR)4的水解,缩合反应成为速度控制步骤。 此时,将会生成大量的带有反应活性Si-OH基的单体硅酸根、和小聚合体多硅酸根。 由于电子因素,在此条件下,反应发生于端基硅原子上, 这种反应的结果总是容易生成聚合体状的凝胶, 产物的枝化度较小。,碱性条件下, 易于进行缩合反应,水解反应成为速控步。 因为缩合迅速,水解了
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 凝胶 附二气
链接地址:https://www.31doc.com/p-2608383.html