[发明专利]一种绝热型TiO2/SiO2复合气凝胶材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种绝热型TiO₂/SiO₂复合气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：A、将纳米TiO₂粉末掺杂入水解反应后的SiO₂溶胶中，超声分散后静置老化，形成TiO₂/SiO₂复合湿凝胶；B、将TiO₂/SiO₂复合湿凝胶置于硅氧烷/有机溶剂/盐酸的混合液中浸泡；C、将经步骤B处理后的TiO₂/SiO₂复合湿凝胶常压下室温干燥后，升温处理，然后冷却，即得。该快速制备方法合成的复合气凝胶具有特殊的纳米多孔结构，优异的力学、热学性能，极大地提高该材料在光电器件、气敏传感器和保温隔热等领域的应用价值和应用潜力。

技术领域

本发明属于气凝胶类材料制备技术领域，涉及一种绝热型TiO₂/SiO₂复合气凝胶材料的制备方法。

背景技术

SiO₂气凝胶是一种由尺度在1～100nm之间的颗粒和孔洞组成的纳米多孔材料，对蓝光和紫光的瑞利散射较强，所以一般气凝胶呈淡蓝色。气凝胶具有密度可调范围大、三维网络结构和孔隙率高的特点，它还是目前所知的热导率最低的固体材料，具有优异保温隔热性能。SiO₂气凝胶作为一种特殊的纳米多孔材料具备很多优异的特性，如：低密度、高表面积、高光学透明度、低折射率和极低的热导率等。由于这些特殊的性质，SiO₂气凝胶在过去的几十年里得到越来越多的关注，其在很多方面有着重要的应用潜力，如切伦科夫探测器、墙体和窗户的保温、储热设备和声阻抗材料等。

近年来，随着环境污染的加剧与能源价格的高涨，所造成的气候变迁，节能减碳，已成全世界民众非常关心的话题。要实现节能和减排并举，科研人员进行了许多切实可行的探索，其中有效抑止热量的散失或进入系统，是其主要的技术手段。为实现该目的，需要降低材料的导热系数，使其具有低热导率的特点。材料拥有低导热系数的同时，还须考虑材料的耐候性、耐磨性、防水性、自清洁性等方面的应用。在常温下，SiO₂气凝胶的三维网络多孔结构特性可以极大程度上抑制固态热传导和气态热对流，是一种理想的超级隔热材料。但是，SiO₂气凝胶对3～8μm的近红外辐射来说是“透明”的，而且此波段为高温环境下主要的辐射波段。因此，当使用温度不断上升时，SiO₂气凝胶的辐射绝热性能大大降低，当在高温环境下使用SiO₂气凝胶作为绝热材料时，相对于低密度所带来的低固相导热系数和纳米孔结构产生的低气相导热系数来说，辐射传热占据了绝大比例的热量传递。针对气凝胶抑制高温辐射的能力很差，添加遮光剂可以起到散射和吸收红外辐射的作用，能有效提高其高温绝热性能。TiO₂是应用于气凝胶改性的一种常见的宽频吸收剂，当大于TiO₂禁带宽度的光照射到粒子时，光能以化学能的形式储存于粒子中，部分光能被吸收，同时由于TiO₂的散射作用，使部分光能以散射出去，达到了对光的屏蔽作用。TiO₂由于具有典型的宽频吸收功能，并且价格低廉，无毒无害，因此被广泛用作气凝胶等透明材料的遮光添加剂。TiO₂有板钛矿、锐钛矿和金红石3种晶型，具有较高的折射率，是目前研究比较多的一类遮光剂，其中金红石型TiO₂的折射率为2.71，其稳定性和红外光吸收性能都优于锐钛矿型TiO₂，一般选择金红石型TiO₂作为红外遮光剂使用。