常温常压干燥法制备氧化锆气凝胶研究(2)
3.2.2醇-水比对常压制备ZrO2气凝胶的影响.17
3.3干燥温度对ZrO2气凝胶结构性能的影响18
4结论22
5参考文献24
1 1 绪论
1.1 气凝胶材料 气凝胶是一种以纳米或高聚物分子互相聚结而成，具有超低密度多孔性的固体材料，孔隙率可达80%~99.8%，孔径一般为 1-100nm，比表面积为 200-1000m2/g，密度变化可达3-500kg/m3，与常见的固体材料相比[3]，在力学、声学、光学、热学等方面具有很多特殊的性质，例如具备极小的表观密度、小的折光率与较低的杨氏模量等。气凝胶是目前已知的密度最小的固体材料[7]，也是目前热导率最小的固体材料，室温真空热导率可达到0.001W.m-1.K-1。 关于气凝胶材料最早的研究时间可以追溯到 20 世纪30年代，1931年斯坦福大学的Kistler首次利用溶胶-凝胶方法及超临界干燥技术制备出 SiO2气凝胶，并且成功预言了气凝胶将在催化剂、隔热、玻璃及陶瓷领域得到应用[17]。但是由于气凝胶制备过程的繁琐，实际使用价值在当时的社会条件下也非常有限，故之后的很长一段时间气凝胶的研究处于沉寂状态。直到1968年，Teicher等对气凝胶的工艺做了重大改进后才进一步推动了气凝胶的研究进展[24]。从20世纪 80年代，在法国克罗得•贝尔纳大学的 Stanislas•Teicher以及美国劳伦兹利•莫尔国家实验室的 Arlon Hunt 等大力倡导下，气凝胶的研究得到了极大的发展[16]，到90年代已经成为全球研究的热点。美国、欧洲、日本诸多国家以及BASF等大公司均对气凝胶投入巨资进行研究[9]。2005 年Mohanan在Sconce杂志上首次报道了硫化物气凝胶的制备[13]，标志着新的种类的气凝胶的产生，使气凝胶的研究又向前迈进了一步。气凝胶应用领域的拓宽吸引了大批的科学家投入到关于气凝胶制备、性质及应用的研究中。 国际上气凝胶的研究与制备主要集中在美国的 Lawrence Livermore 国家实验室、法国的Montpellier材料研究中心、ASPEN公司、德国的 BASF公司、日本高能物理国家实验室，以及美国、德国、日本的一些高等院校当中[4]。气凝胶材料经过八十多年的发展，在美国和欧洲已有商业化产品，虽然价格昂贵，但在高技术领域的作用目前是无法取代的。如：1999年美国宇航局在其“星尘”号探测器装备了一种塞满气凝胶的棒球手套，用于捕捉彗星尾部的尘埃。我国在这方面的研究起步晚，基础研究薄弱，工作创新不够，且研究工作多集中在高等院校当中，我国同济大学、国防科学技术大学、大连理工大学、浙江大学， 上海应用技术学院、中科院物理与化学研究所以及山东大学等单位开展了这方面的研究。 气凝胶因具有纳米多孔网络结构、高比表面积、高吸附性、高孔隙率、低密度、低热传导率等特性，使其能够广泛应用于高效隔热材料、切仑科夫探测器、催化剂以及催化剂载体、超级电容器的电极材料、声阻抗耦合材料等领域[1]。气凝胶首次应用就是在高能粒子探测器上，由于气凝胶具备的高透光性，低密度等特殊性质，在切仑科夫 Cerenkov 探测器上发挥了重要的作用。在美国发射的火星探测器上，气凝胶用作高性能的保温材料来保护“勇气”号各种精密的电子部件。
气凝胶的介电常数极低，且能够连续可调，在高速运算的大规模集成电路衬底材料有不可替代的作用[27]。此外，在医学领域，环保方面，催化剂及其催化剂载体领域都有着广阔的应用。 目前气凝胶的研究向着以下几个方向发展：使用廉价的无机原料代替昂贵的金属醇盐；由常压干燥取代传统的超临界干燥；开发新的品种，使气凝胶的结构进一步可控和优化，制备出性能更为优异的多组分气凝胶，加强对气凝胶性质的研究，开发气凝胶新的应用领域。
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