[发明专利]一种纳米线/硅铝气凝胶复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种用二氧化硅纳米线增强硅铝气凝胶复合材料的制备方法。以六水合氯化铝、正硅酸乙酯为共前驱体，水和乙醇为溶剂制备的硅铝气凝胶作为基体，二氧化硅纳米线作为增强剂，经过复合、超临界干燥工艺制备得到了具有优良性能的二氧化硅纳米线/硅铝气凝胶复合材料。所得的气凝胶复合材料样品密度低，比表面积高，力学性能强，耐高温性能好。该制备方法工艺简单，操作灵活，易于大量生产。

技术领域

本发明属于无机纳米多孔材料制备技术领域，具体涉及一种二氧化硅纳米线/硅铝气凝胶复合材料的制备方法。

背景技术

气凝胶是一种以纳米粒子或高聚物分子为骨架，具有三维网络结构纳米多孔固态材料，它独特的结构使其具有低密度、高孔隙率、高比表面积、低热导率等优良特性，在航空航天、建筑、能源、信息、催化、环保等领域具有极大的应用前景。

从组成上来说，气凝胶主要分为无机气凝胶、有机气凝胶和炭气凝胶，目前无机气凝胶的研究最为广泛，如SiO₂气凝胶、Al₂O₃气凝胶、ZrO₂气凝胶及Al₂O₃-SiO₂二元复合气凝胶等；Al₂O₃-SiO₂气凝胶既提高了Al₂O₃气凝胶的高温稳定性，又可以弥补SiO₂气凝胶使用温度低的缺陷；如今有人研究了一种以拟薄水铝石、正硅酸乙酯为前驱体，经过溶胶-凝胶、干燥、煅烧等工艺，制备Al₂O₃-SiO₂复合气凝胶的方法，本发明具有操作安全、能耗低、原料廉价等优点，但是工艺较复杂；硅铝气凝胶和二氧化硅气凝胶一样，由于纳米多孔的网络结构特征，存在着力学性能较差、结构易于坍塌的问题，极大地限制了其在相关领域的应用；目前添加增强体增强气凝胶是改善气凝胶力学性能的主要方法，主要的增强体有莫来石纤维、玻璃纤维、碳纤维等，中国专利CN201810530541.3以气凝胶为基体,纤维为增强体,采用硅溶胶、改性溶液和碱性溶液的混合液作为浸渍处理试剂，制备了纤维增强气凝胶复合材料，该工艺过程简单,操作方便,有利于大规模化生产；然而，大部分纤维由于存在表面张力的问题，与气凝胶基体不能良好结合，使制备的气凝胶复合材料容易出现掉渣严重及高温卷曲等问题；一些微米级的纤维增强体在改善气凝胶力学性能的同时，还会造成气凝胶复合材料的比表面积大幅减小，热导率明显增加，很大程度上限制了纤维/气凝胶复合材料的应用范围和使用寿命。

为避免出现上述问题，因此使用纳米级的SiO₂纳米线作为增强体来改善Al₂O₃-SiO₂气凝胶的力学性能，SiO₂纳米线具有良好的热稳定性、机械强度、低密度、高比表面积和大的长径比，而且易于制备，其表面与气凝胶颗粒具有良好的结合力，在改善气凝胶力学性能的同时，SiO₂纳米线由于是纳米级尺寸，对于复合材料的比表面积和热导率影响不大。

发明内容

将制备的二氧化硅纳米线通过物理方法均匀地分散在硅铝溶胶中，经过溶胶-凝胶过程，结合超临界干燥技术，制备出SiO₂纳米线增强Al₂O₃-SiO₂气凝胶的复合材料。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种SiO₂纳米线/Al₂O₃-SiO₂气凝胶复合材料的制备方法，按下述步骤制得：