[发明专利]金属氧化物-二氧化硅复合气凝胶的制备方法以及制备的金属氧化物-二氧化硅复合气凝胶

说明书

本发明提供一种金属氧化物‑二氧化硅复合气凝胶的制备方法以及通过该制备方法制备的具有低振实密度和高比表面积的金属氧化物‑二氧化硅复合气凝胶，所述制备方法包括：通过溶解水玻璃制备浓度为0.125M至3.0M的硅酸盐溶液；向硅酸盐溶液中加入金属离子浓度为0.125M至3.0M的金属盐溶液并混合后，通过将得到的混合物的pH调节到3至9的范围内使金属氧化物‑二氧化硅复合沉淀物沉淀；以及分离并干燥金属氧化物‑二氧化硅复合沉淀物，其中，所述金属盐溶液包含含镁(Mg)金属盐，基于所述金属盐溶液中金属离子的总摩尔，所述含镁(Mg)金属盐的量为使得镁离子的量大于50mol％。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求在韩国知识产权局于2015年6月1日提交的韩国专利申请No.2015-0077278和于2016年6月1日提交的韩国专利申请No.2016-0067869的权益，这两项申请的公开内容通过引用全部并入本申请中。

技术领域

本发明涉及一种通过没有单独的老化、溶剂置换和表面改性步骤的简单的制备工艺制备具有低振实密度和高比表面积的金属氧化物-二氧化硅复合气凝胶的方法，以及使用该方法制备的金属氧化物-二氧化硅复合气凝胶。

背景技术

近来，随着工业技术的现代化，对具有优异的隔热性能的气凝胶的兴趣增长。至今开发的气凝胶包括有机气凝胶，如间苯二酚-甲醛或三聚氰胺-甲醛气凝胶颗粒；以及无机气凝胶，包括如二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)的金属氧化物，或者碳(C)气凝胶。

在这些气凝胶中，二氧化硅气凝胶是高度多孔的材料，其中，二氧化硅气凝胶由于具有高孔隙率和比表面积以及低热导率而显示出优异的隔热效果，因此有望应用于诸如隔热材料、催化剂、吸音材料和半导体电路的层间介电材料的多种领域。

二氧化硅气凝胶由于其多孔结构而具有低机械强度，因此，二氧化硅气凝胶一般通过与诸如玻璃纤维、陶瓷纤维或聚合物纤维的基材复合成诸如气凝胶毡或气凝胶板的形式商业化。然而，在结构上，由于二氧化硅气凝胶的内孔中含有90体积％以上的空气，因此，二氧化硅气凝胶的局限在于加工过程中由于过低的密度而分散严重，并且二氧化硅气凝胶难以浸渍到基材中。此外，二氧化硅气凝胶由于与基材的密度差异过大，即使浸渍部分二氧化硅气凝胶也不能很好地混合，因此可以产生如外观缺陷和物理性能劣化的限制。此外，二氧化硅气凝胶必须以5体积％以上的体积分数混合才能通过有效阻挡热传递实现填充导致的隔热效果，但是以这样高的混合比率处理粉末本身并不容易。

因此，为了提高气凝胶的诸如隔热、吸音和催化活性的性能以及二氧化硅气凝胶的加工性或提供额外需要的性能，提出了在气凝胶中混合添加剂的方法。具体而言，已经提出了一种如下的方法：即，通过将添加剂在二氧化硅气凝胶聚合之前加入溶胶中或使制备的二氧化硅气凝胶与含有添加剂的液体或蒸汽流接触的方法，或通过与具有板结构的无机材料形成复合物的方法，将比硅(Si)重的元素，如钛(Ti)和铁(Fe)引入二氧化硅气凝胶的骨架中以增强结构并提高密度。

然而，常规方法的缺陷在于不容易控制添加剂物质的尺寸和粒子尺寸分布，并且在二氧化硅气凝胶的制备过程中发生孔结构的变形和减少。

发明内容

技术问题

本发明的一个方面提供一种通过没有单独的老化、溶剂置换和表面改性步骤的简单的制备工艺制备一种具有优异的物理性能，如低振实密度和高比表面积的金属氧化物-二氧化硅复合气凝胶的方法。

本发明的另一方面提供一种通过上述制备方法制备的金属氧化物-二氧化硅复合气凝胶。

技术方案