[发明专利]一种由非晶SiO2

说明书

本发明公开了一种由非晶SiO₂微米管构筑的柔性二氧化硅气凝胶及其制备方法，属于气凝胶制备技术领域。包括以下步骤：1)以硅氧烷溶胶为原料，无水乙醇为溶剂，水作为交联剂，制备硅溶胶；2)浆料制备：将短切碳纤维均匀分散在所配制的硅溶胶中；3)将短切碳纤维构筑成由溶胶粘结的多孔碳纤维骨架，同时除去骨架中多余的硅溶胶；4)将多孔碳纤维骨架置于70～100℃固化4～8h；5)将固化后的多孔碳纤维骨架于保护气氛中加热至650℃～1000℃；6)将裂解后的多孔碳纤维骨架置于空气中升至400℃～800℃，保温处理2～8h，随炉冷却，获得二氧化硅气凝胶。该方法制备的二氧化硅气凝胶克服了传统二氧化硅脆性的缺陷，具有良好的柔性。制备工艺简单，成本低，效率高，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于气凝胶制备技术领域，涉及一种由非晶SiO₂微米管构筑的柔性二氧化硅气凝胶及其制备方法。

背景技术

气凝胶因具有超高气孔率(超过90％)和极低的热导率，在隔热保温领域被视为最理想的隔热保温材料。传统的隔热保温材料，如聚氨酯泡沫，聚苯乙烯泡沫，酚醛泡沫等有机材料，虽然它们拥有出色的隔热保温性能，但使用温度都不超过100℃，且不具备耐火性能，一旦燃烧起来会产生有毒气体及烟尘，在使用过程中具有较大的局限性和安全隐患。对于具有耐火特性的玻璃纤维制品，虽然具有较好的隔热性能及力学性能，但整体的密度较高，且在高温环境下易产生粉尘，对环境和人体造成负面影响。陶瓷气凝胶完美地将超低密度和优异的隔热性能以及耐烧蚀性等特性结合起来，因此，陶瓷气凝胶作为隔热材料有着无以伦比的优势。

目前市场上所指的气凝胶大多为二氧化硅气凝胶，传统的二氧化硅气凝胶的实际应用还十分有限。主要原因是制备成本高以及二氧化硅气凝胶脆性大。二氧化硅气凝胶制备成本高的问题主要是由于其制备工艺所需涉及昂贵的设备以及能耗高的问题。脆性大的缺点直接导致二氧化硅气凝胶的可靠性下降，这极大地限制了二氧化硅气凝胶的应用范围。传统的二氧化硅气凝胶具有大的脆性是因为以下两点造成的：1)陶瓷材料本身固有的脆性；2)传统二氧化硅气凝胶是由二氧化硅纳米颗粒相互粘结形成的三维纳米孔洞结构，纳米颗粒间的相互粘结会形成缩颈，这种结构在温度较高时易发生收缩，从而产生裂纹，造成整个二氧化硅气凝胶结构的崩塌。为了改善二氧化硅气凝胶的脆性问题，许多研究者进行了大量的研究工作。目前改善效果比较好的方法是通过冷冻干燥将二氧化硅纳米纤维组装成具有规则孔结构的气凝胶。这些孔是由非晶二氧化硅纳米纤维相互搭接形成的。由于非晶二氧化硅纳米纤维具有良好的柔性，使得最终制备的纳米纤维二氧化硅气凝胶具有一定的弹性，克服了传统二氧化硅气凝胶脆性的问题。但利用这种方法制备的气凝胶组织不均匀，且制备周期长、效率低。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种由非晶SiO₂微米管构筑的柔性二氧化硅气凝胶及其制备方法，该方法制备的二氧化硅气凝胶克服了传统二氧化硅脆性的缺陷，具有良好的柔性；制备工艺简单，无需昂贵的干燥设备和耗时的干燥过程，成本低，效率高，适合工业化生产。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种由非晶SiO₂微米管构筑的柔性二氧化硅气凝胶，该柔性二氧化硅气凝胶是由非晶SiO₂管搭接而成的三维网络结构，所述非晶SiO₂管的管径为2～8μm，壁厚为20nm～2μm。

优选地，该柔性二氧化硅气凝胶的密度为2～10mg/cm³。

优选地，该柔性二氧化硅气凝胶的热导率为0.02～0.06W/(m·K)。

本发明还公开了上述的由非晶SiO₂微米管构筑的柔性二氧化硅气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1)溶胶制备：以硅氧烷为原料，无水乙醇为溶剂，水为交联剂，制备硅溶胶；