[发明专利]一种尺寸可控的气凝胶球及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种尺寸可控的气凝胶球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将填料、粘度调节剂、盐与水按照质量比1：(0.05～0.2)：(0.025～0.05)：(5～50)进行混合处理，得到功能化的填料浆料；

步骤二、将所述功能化的填料浆料放入电喷处理装置，通过收集装置收集得到直径可控的填料浆料液滴；

步骤三、将所述直径可控的填料浆料液滴滴入低温制冷介质，进行冷冻处理形成冰冻混合物，并将所述冰冻混合物进行冷冻干燥处理，得到气凝胶球前驱体；

步骤四、将所述气凝胶球前驱体进行第一、第二烧结热处理，得到气凝胶球。

2.根据权利要求1所述的尺寸可控的气凝胶球的制备方法，其特征在于：所述填料为不与水在常温下发生化学反应的任一种物质，优选的，所述填料包括氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、石墨烯；

优选的，所述填料的外观形貌为颗粒、线状或者片状的任意一种或多种；所述填料的粒径为50nm～100μm。

3.根据权利要求1所述的尺寸可控的气凝胶球的制备方法，其特征在于：所述粘度调节剂为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素或羟乙基纤维素中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的尺寸可控的气凝胶球的制备方法，其特征在于：所述盐为氯化钠、硫酸钠、氯化钾、硫酸钾或硝酸钾中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的尺寸可控的气凝胶球的制备方法，其特征在于：所述的混合处理采用的是行星搅拌机搅拌，行星搅拌机的转速为20～80rpm，时间为0.2～5h。

6.根据权利要求1所述的尺寸可控的气凝胶球的制备方法，其特征在于：所述填料浆料喷射端与收集装置之间的距离为10～50cm，填料浆料喷射端与收集装置之间的电压差为2～25kV，浆料液滴的直径为9μm～2.7mm；

优选的，所述电喷处理装置配备有自动推进装置，推进速率为0.1～10cm/min。

7.根据权利要求1所述的尺寸可控的气凝胶球的制备方法，其特征在于：所述低温制冷介质为液氮或液氦中的至少一种；

优选的，所述冷冻处理为将填料浆料液滴滴落在低温制冷介质表面，从而引发连续的自组装成型过程，冷冻时间为2～30s；

优选的，所述冷冻干燥处理的真空度为-15Pa～-50Pa，冷冻温度为-45℃～20℃，冷冻时间为2h～6h。

8.根据权利要求1所述的尺寸可控的气凝胶球的制备方法，其特征在于：所述第一烧结温度为350℃～400℃，烧结时间为4h～6h；所述第二烧结温度为800℃～1800℃，烧结时间为6h～12h。

9.一种气凝胶球，其特征在于：所述气凝胶球是由权利要求1-8任意一项所述的制备方法制备得到，所述气凝胶球的比表面积为50m²/g～250m²/g，所述气凝胶球的密度为20mg/cm³～200mg/cm³，所述气凝胶球的孔隙率为74％～96％，所述气凝胶球的直径为10μm～3.0mm。

10.如权利要求9所述的气凝胶球在环境保护、能源储存、复合材料、军事及航天领域中的应用。