论文总字数：16634字

摘 要

柔性气凝胶是一种具有三维网络状的结构，它拥有许多特性，比如：非常高的的孔隙率，非常高的比表面积，非常低的密度以及其导热率非常低等，与普通的气凝胶相比，当受到外力时，材料会发生形变，而当外力撤除后，形变会恢复到起始的状态，微观结构没有发生变化。由于孔洞的构造和纳米尺寸等因素，使得它强度低，韧性差，容易破碎，为了解决气凝胶柔韧性差等缺点，柔性气凝胶的制备成为一种必要。本文主要介绍的是柔性气凝胶的几种类别，几种制造方法，以及柔性气凝胶将会在哪些方面会有所应用。柔性气凝胶的种类按照机理不同主要分为三类：衍生法制备纯的气凝胶，交联法制备得到气凝胶和纤维增强气凝胶。制备方法主要运用溶胶-凝胶法，老化，溶剂置换，再结合超临界干燥方法，由于其结构特征，在许多方面，都会有广泛的应用，比如在隔热，隔音，电池，催化等方面。

关键词：气凝胶 柔性 回弹 力学性能

A review of flexible aerogels

Abstract

Flexible aerogels are three-dimensional network-like structures that have many properties, such as very high porosity, very high specific surface area, very low density, and very low thermal conductivity.Compared with ordinary aerogels, deformation occurs when the external force is applied. When the external force is removed, the deformation resumes and the microstructure do not change. Aerogels are low in strength, poor in toughness, and easily broken due to pore structure and nano size. Flexible aerogels make it possible to solve the shortcomings of aerogels such as poor toughness. This paper mainly introduces the types of flexible aerogels, the preparation methods of flexible aerogels and their applications. The types of flexible aerogels are mainly divided into three types according to different mechanisms: pure aerogels, cross-linked aerogels and fiber-reinforced aerogels. The preparation method is mainly sol-gel method combined with supercritical drying method. Because of its structural characteristics, it is mainly used in thermal insulation, sound insulation, battery, catalysis and other aspects, which has a broad application prospect.

Keywords: aerogel; flexibility; resilience; mechanical property

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 柔性气凝胶的概述 1

第二章 柔性气凝胶的分类 3

2.1纯的气凝胶 3

2.2聚合物交联气凝胶 3

2.3纤维增强气凝胶 4

第三章 柔性气凝胶的制备方法 6

3.1溶胶-凝胶过程 6

3.1.1机理 6

3.1.2影响因素 6

3.2老化过程 7

3.3溶剂置换过程 7

3.4干燥过程 8

3.4.1干燥机理 8

3.4.2干燥方法 8

第四章 柔性气凝胶的发展现状与应用 10

4.1柔性气凝胶的发展现状 10

4.2柔性气凝胶的应用 11

4.2.1在建筑上的应用 11

4.2.2在航空航天的应用 12

4.2.3在电路电池的应用 12

4.2.4其他 12

第五章 结语 14

参考文献 15

致谢 18

第一章 柔性气凝胶的概述

由于国民经济的快速发展，科学技术的日益提高，我们越来越频繁的使用材料，并且会更加注重它的性能，能源紧缺已成为影响人类进程发展的重大问题，人类在不断探寻、开发新能源的同时也更加关注节约能源，而节约能源最有效最根本的办法就是进一步加强对材料的利用率。

气凝胶是通常用溶胶-凝胶法制备的一系列多孔和轻质材料。该过程涉及将分子前体转变为高度交联的有机或无机凝胶。用特殊的干燥技术将湿凝胶的内部液体替换为空气后，即可获得气凝胶。在1931年Kistler成为制造出气凝胶的第一人，浓缩硅酸钠的酸性溶液来制取二氧化硅气凝胶，但因为气凝胶的溶剂置换时间长，并没有获得实际的经济效益，或者推动历史进程，在当时的情况下，气凝胶材料没有受到大家的重视，直到1966年J B Peri利用硅酯，成功制备出干燥的周期短的二氧化硅气凝胶，扩大了应用方面。在1980年后，随着研究方法的更加深入和更加进步的超临界干燥技术，使得组成气凝胶的固体小颗粒会变得更加的小，孔洞分布会稀疏排列，不会聚集在一起，所以制得的材料会有更加低密度，更加高的孔隙率，气凝胶的研究前景得到了质的飞越。气凝胶是一种纳米多孔材料，并且具有连续不间断的网络结构^[1]，气凝胶有非常好的隔热功能，是因为它的组成成分中空气占到了80%，对于日常的玻璃来说，它们的25块左右个数的效果，有时候我们会称它为“冻住的烟”或者“固态烟”，因为它的重量很轻，颜色呈现出半透明的状态。气凝胶具有特殊的性能和独一无二的结构，比如低密度（3kg/m³），高孔隙率（80～99％）和低导热率（0.013w/(k·m)）这些特性，在保温，生物医学，催化等方面的应用前景是非常远大的^[2]。气凝胶有非常高的孔隙率和网络状多孔的结构，因此使得它有较低的强度，韧性差，纳米孔使其在外力作用下容易破坏^[3]，因此我们要对易碎的气凝胶改性，使其具有柔性，柔性气凝胶将在实际应用将有重要的意义^[4]。材料的柔韧性增强可以通过前驱体浓度降低，将凝胶时间变长这些方法来实现。柔性气凝胶的发展是在以前的制取方法的前提上，通过改善探索新的原材料和制备方法来实现的。柔性气凝胶与普通气凝胶相比来说，柔性气凝胶受到外补作用力的时候，就会在外部形状发生变化，而当撤除外力后，材料就会变成到原来的状态（如图1），微观结构无变化，而普通气凝胶不具备此性能。

图 1柔性二氧化硅气凝胶的压缩过程

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