[发明专利]一种SiO2

说明书

本发明公开了一种碳包二氧化硅SiO₂@C纳米复合材料及其制备方法，属于能源材料制备领域。该方法以SiO₂气凝胶粉末和乙炔气体为原料，通过化学气相沉积的方法，在SiO₂气凝胶的表面包覆碳层形成SiO₂@C纳米复合材料。该制备方法较为简单，且能够可控地调节碳层的厚度和孔径的大小，具有较高的可重复性。该方法制备的SiO₂@C纳米复合材料具有丰富的孔隙结构，材料粒径在100nm以内，孔径集中分布在20nm以下，其微观结构利于降低材料的固体导热、对流导热，而且这种复合材料强度高韧性强，是一种有潜力的保温隔热材料。

技术领域

本发明涉及一种SiO₂@C纳米复合材料及其制备方法，属于能源材料制备技术领域。

背景技术

由于高效的保温隔热材料能够减少热能在产生、运输、储存和使用等过程中的损失，从而提高能源利用率，被认为是节约能源、降低经济损失的重要途径。近几十年来，尤其是经过19世纪70年代的能源危机之后，保温隔热材料及其技术越来越被重视。无论是在航空航天、建筑、工业管道、低温储运，还是冶金、能源存储、热电池、热防护服等领域都获得了广泛的应用。

目前保温隔热材料的种类繁多，根据隔热的具体方式主要可以分为多孔材料、热反射材料和真空材料三类。在这些保温隔热材料中，具有纳米孔结构的气凝胶是最具应用潜力的一类隔热材料。其中，SiO₂气凝胶由于具有热导率低、耐高温、密度小等特点，特别适合作为保温隔热材料，引起了研究者们的广泛关注。但是由于其强度低韧性差等缺点，大大制约了其应用前景；因此，对于 SiO₂气凝胶的增强和增韧处理成为亟需解决的问题。

发明内容

为了解决传统SiO₂气凝胶强度低韧性差的技术问题，本发明提供了一种 SiO₂@C纳米复合材料及其制备方法，通过本方法合成的均匀碳包覆SiO₂纳米级颗粒具有丰富的孔隙结构，材料粒径在100nm以内，孔径集中分布在20nm 以下，其微观结构有利于降低材料的固体导热、对流导热，是一种有潜力的保温隔热材料。

为达上述目的，本发明采用如下的技术方案：

(1)先把硅原料分散或溶解在溶剂A中，在一定温度下混合并充分搅拌一定时间后，将该溶液置于特定温度条件下反应一定时间；

(2)再向该溶液滴加一定量的液体B，在室温下继续搅拌一定时间后，将其密封好，并转移至特定环境条件下下老化一定的时间；

(3)将步骤(2)所得的物质干燥后研磨成粉末，取一定质量置于石英管中，进行化学气相沉积；

(4)在惰性气体C中加热至一定温度后，通过惰性气体C将反应物D携带进入管式炉中，在该温度下反应一定时间，即可得SiO₂@C纳米复合材料。

进一步的，所述硅原料为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、硅酸四甲酯中的一种或多种。

进一步的，所述溶剂A为水、乙醇、丙酮、异丙醇、丁醇、环己烷、乙二醇和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种。

进一步的，所述液体B为氨水、过氧化氢、水合肼中的一种或多种。

进一步的，所述步骤惰性气体C为氮气、氩气和氦气中的一种或多种。

进一步的，所述反应物D为乙炔、甲烷、氨气和乙腈中的一种或多种。

进一步的，所述混合搅拌温度≤100℃，搅拌时间为≤2h。

进一步的，所述液体B的滴加量≤10ml，老化环境为干燥环境，相对湿度小于60％，老化时间≤15天。