[发明专利]一种基于非水解溶胶凝胶技术的低密度块状氧化铝复合气凝胶及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于非水解溶胶凝胶技术的低密度块状氧化铝复合气凝胶及其制备方法。在无水环境中，将多组元氧化物反应前躯体置于含有氧供体的反应溶剂中，混合均匀后，高温下进行非水解溶胶凝胶反应，获得块状湿凝胶；经老化、超临界干燥，获得低密度块状氧化铝复合气凝胶。本发明采用的非水解溶胶凝胶技术具有凝胶反应聚合度高、异质产率高等优势，在制备多组元掺杂的低密度块状气凝胶具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于非水解溶胶凝胶技术的低密度氧化铝复合气凝胶的制备方法，具体涉及一种多组元掺杂块状氧化铝及复合气凝胶的制备方法。

背景技术

氧化铝气凝胶具有耐高温、轻质、导热系数低等特点，已经成为航空航天等领域关键材料。但是，低密度氧化铝气凝胶难成型，块状材料不易获得，且单组元氧化铝气凝胶高温易发生晶型转变，其热稳定性难提高，应用性受到限制。多组元掺杂的氧化铝气凝胶，可改善材料的力学强度、抑制氧化铝高温晶型转变，有效克服氧化铝气凝胶难成形、热稳定性不足的问题。现阶段，多组元复合氧化物气凝胶材料一般采用水解溶胶凝胶合成，不同金属盐的水解缩聚速率差异较大，产物中大部分为均质氧化物，无法实现多组元的有效掺杂，限制了复合氧化铝气凝胶性能提升。

非水解溶胶凝胶技术是近些年来发展起来的新型溶胶凝胶技术，非水解溶胶凝胶反应动力学易于控制，可有效克服多元组分金属的水解缩聚速率的差异性，且异质聚合度高，有利于多组分有效掺杂。因此，非水解溶胶凝胶技术将成为制备多组元掺杂的氧化铝气凝胶的一种有效方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于非水解溶胶凝胶技术的低密度块状的氧化铝基复合气凝胶制备方法，是一种多组元掺杂的氧化铝气凝胶新的合成方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于非水解溶胶凝胶技术的低密度块状氧化铝复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1)在无水环境中，将氧化铝前驱体、掺杂组元前驱体、氧供体分别加入反应溶剂中，搅拌混合均匀，密封后加热，进行非水解溶胶凝胶异质缩合反应，获得块状湿凝胶；

2)向含有湿凝胶的反应釜中加入反应溶剂，进行密闭高温老化处理，实现凝胶骨架增强；

3)采用反应溶剂洗去密闭高温老化处理后的湿凝胶表面的未反应物，之后将其转入超临界干燥釜中干燥，最终得到多组元掺杂的复合氧化铝气凝胶。

进一步地，步骤1)，即非水解溶胶凝胶异质缩合反应过程包括：依次将氧化铝前驱体和掺杂组元前驱体加入反应溶剂中，再引入化学计量的氧供体，搅拌均匀后，将混合溶液转移至高温反应釜中，密封处理；再将反应釜置于烘箱中，在一定反应温度条件下进行异质缩合反应，高温反应一定时间后体系发生凝胶化，可得具有一定强度的湿凝胶。

进一步地，步骤1)中，氧化铝前驱体包括但不限于无水氯化铝、溴化铝等；掺杂组元前驱体为无水氯化镁、氯化铁、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、氯化硅和氯化镧中的一种或两种。

进一步地，步骤1)中，氧化铝前驱体与掺杂组元前驱体的摩尔比范围为10:1～3:1，但不局限于此比例。

进一步地，步骤1)中，氧供体可以是异丙醚、乙醚、乙醇、异丙醇等醚类或醇类有机溶剂。

进一步地，步骤1)中，反应溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷或四氯化碳。

进一步地，步骤1)中，非水解溶胶凝胶异质缩合反应的固含量控制在3-5％，反应温度为110～150摄氏度，反应时间为1～3天。

进一步地，步骤2)，即湿凝胶老化过程包括：将非水解溶胶凝胶异质缩合反应得到的湿凝胶置于反应釜中，加入适量的反应溶剂，进行高温老化处理，以增强湿凝胶的结构强度，高温处理2～5天完成凝胶老化。

进一步地，步骤2)中，反应溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳等。