CN104446304A - 多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料及其制备方法，属于无机复合材料技术领域。该气凝胶复合材料由无机氧化物凝胶网络、纳米纤维素网络和长玻璃纤维网络复合而成，所述的无机氧化物凝胶网络和纳米纤维素网络在纳米尺度形成互穿网络结构，该互穿网络结构与所述的长玻璃纤维网络在宏观尺度形成复合结构后形成气凝胶复合材料。本发明的气凝胶复合材料，由于通过多尺度多重网络复合而成，因此可以显著改善气凝胶材料的机械性能，获得低热导率、低密度、高比表面积的块体气凝胶复合材料，另外，还可以采用相对廉价、安全的冷冻干燥方法取代传统的超临界干燥方法降低制备成本。

Description

多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料及其制备方法，属于无机复合材料技术领域。

背景技术

气凝胶是一种用气体代替凝胶中的液体而本质上不改变凝胶本身的网络结构或体积的特殊凝胶，是水凝胶或有机凝胶干燥后的产物。它具有纳米级的多孔结构和高孔隙率等特点，是目前所知密度最小的固体材料之一。由于气凝胶具有比表面积大，孔隙率高，密度低，导热系数低等特点，因此其在超级绝缘体，高能物理，高效催化剂及催化剂载体，储能材料等方面有巨大的应用潜力。同时，块体气凝胶超低的密度和超高的比表面积使其在提高金属氧化物器件的性能，气体及生物传感器，电池，建材保暖，非均相催化和低介电常数材料等方面表现出很好的应用前景。

但是气凝胶材料多孔疏松的结构特征决定了其固有的脆性和较差的机械性能，因此气凝胶材料在很多领域的实际应用受到了极大的限制，所以用低廉的成本赋予气凝胶材料足够的强度和韧性是其实现大规模应用所必需解决的问题。

公开号为CN 100386260C的中国专利公开了一种水镁石纤维增强二氧化硅气凝胶隔热材料的制备方法。该方法以工业用水玻璃或硅溶胶及天然水镁石短纤维为制备原料。但是对水镁石纤维的分散过程比较繁琐还需要引入分散剂来辅助分散，一定程度上限制了实际应用。

公开号为CN 101973752A的中国专利提供了一种玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法。但是该方法所用的前驱体原料比较复杂，且需要对玻璃纤维进行必要的预处理，以及常温常压干燥的干燥条件需要严格控制，给实际生产造成一定的限制。

公开号为CN 101823867A的中国专利提供了一种芳纶纤维掺杂的二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法，该方法使用有机硅源和醇溶剂混合配制硅溶胶，再掺入芳纶纤维和表面活性剂，静置待其凝胶后，再经老化和溶剂替换，常压下分级干燥，即得所需的芳纶纤维作为结构增强剂的二氧化硅气凝胶复合材料。但是该方法对芳纶纤维的分散程度有比较高的要求，还要加入表面活性剂来辅助分散，而且所采用的常温常压干燥的干燥条件需要严格控制以避免样品开裂，因此一定程度上限制了实际应用。

美国专利第5,786,059号中提供了一种将气凝胶粉末胶粘在一起制备连续样品的方法。具体是将气凝胶颗粒喷洒在具有较高和较低温度熔融区的两种牢固相连的聚合物形成的双组分纤维材料中。当加热到较低的熔融温度时，织物纤维相互交联的同时也与气凝胶颗粒结合起来。但是所得的复合物硬度比较大，在外力的作用下颗粒会破碎或与纤维分离，因此气凝胶碎片会从织物上脱落。

美国专利公开第2002/0094426号中提供了一种结合了增强结构的气凝胶材料，该增强结构具体是弹性纤维棉胎。将气凝胶形成前体液体倒入棉胎中，然后超临界干燥形成气凝胶，从而形成气凝胶胶片。然而，这里所用材料缺乏可塑性和可成型性，因此实际应用受到一定的限制。

现有技术迫切需要获得性能优异的气凝胶材料，以及能够以低成本制备这些性能优异的气凝胶材料的方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料及其制备方法，以制备具有孔隙率高、比表面积高、热导率低并且力学性能优异的具有多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料。

本发明提出的多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料，由无机氧化物凝胶网络、纳米纤维素网络和长玻璃纤维网络复合而成，所述的无机氧化物凝胶网络和纳米纤维素网络在纳米尺度形成互穿网络结构，该互穿网络结构与所述的长玻璃纤维网络在宏观尺度形成复合结构后形成气凝胶复合材料，该气凝胶复合材料的孔隙率为75～99.5％，密度为0.015～0.480g/cm³，比表面积为150～1200m²/g，导热系数为0.018～0.048W m^-1k^-1，弹性模量为0.5～50MPa。

本发明提出的多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纤维素加入摩尔浓度为0.6～2.8mol/L的气凝胶前驱体的水溶液中，使纤维素与气凝胶前驱体的质量比为：纤维素:气凝胶前驱体＝1:(0.06～0.5)，得到第一溶液，所述的纤维素为植物纤维素粉体，所述的气凝胶前驱体为硅酸钠、硅酸钾或偏铝酸钠中的任何一种；

(2)向上述第一溶液中加入纤维素交联剂，使纤维素和纤维素交联剂的质量比为：纤维素:纤维素交联剂＝1:(0.6～1.5)，常温下搅拌均匀，得到第二溶液，所述的纤维素交联剂为环氧氯丙烷、甲醛或戊二醛中的任何一种；

(3)将长玻璃纤维网络浸入第二溶液中静置，使纤维素和长玻璃纤维网络的质量比为：纤维素:长玻璃纤维网络＝1:(0.5～2.5)，静置时间为40～60小时，使第二溶液转化为骨架结构的纤维素凝胶；

(4)在上述纤维素凝胶中加入催化剂，在室温～70℃下反应2～10小时，使纤维素凝胶骨架间的气凝胶前驱体转化为氧化物凝胶，得到凝胶复合物，所述催化剂为硫酸、盐酸或硝酸中的任何一种，催化剂的摩尔浓度为1～4mol/L；

(5)将上述凝胶复合物置于预热至50～95℃的质量浓度为30％～50％的叔丁醇水溶液中，进行溶剂置换反应，反应6～24小时，将反应后的凝胶复合物在-5～-50℃下进行预冷，在低于50Pa的真空中在20～70℃下冷冻干燥20～45小时，得到多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料；

或：将上述凝胶复合物置于液态二氧化碳中进行溶剂置换反应，反应6～24小时，将反应后的凝胶复合物升温至31～45℃，加压至72～85bar，使凝胶复合物中的液态二氧化碳达到超临界状态，再在12～24小时内将压力缓慢降低至大气压，使液态二氧化碳逐步以气态形式扩散掉，完成凝胶复合物的超临界干燥，得到多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料。

本发明提出的多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料及其制备方法，其优点是：

本发明方法制备的气凝胶复合材料中的多重互穿网络结构，可借助不同网络间的协同作用，更加有效地改善气凝胶材料的机械性能，同时有效抑制传统上气凝胶材料和纤维类材料复合时的掉粉现象，而且其中的多尺度多重网络复合结构，也为采用相对廉价、安全的干燥方法取代传统的超临界干燥方法制备完整的气凝胶材料提供了有力的保障，有利于降低生产成本。

本发明方法中，通过多尺度多重网络复合而成的湿凝胶在干燥之前也体现出了理想的强度和韧性，具有较好的可塑性和可成型性，不易破损，不但为制备完整性及机械性能优异的气凝胶复合材料提供了可能，而且也利于对其进行干燥、疏水修饰等后续处理，提高了工业生产中的可操作性。

附图说明

图1是本发明方法制备的多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料的结构示意图。

图1中，1是无机氧化物凝胶网络，2是纳米纤维素网络，3是长玻璃纤维网络。

具体实施方式

本发明提出的多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料，其结构如图1所示，由无机氧化物凝胶网络1、纳米纤维素网络2和长玻璃纤维网络3复合而成，所述的无机氧化物凝胶网络1和纳米纤维素网络2在纳米尺度形成互穿网络结构，该互穿网络结构与所述的长玻璃纤维网络3在宏观尺度形成复合结构后形成气凝胶复合材料，该气凝胶复合材料的孔隙率为75～99.5％，密度为0.015～0.480g/cm³，比表面积为150～1200m²/g，导热系数为0.018～0.048W m^-1k^-1，弹性模量为0.5～50MPa。

本发明提出的多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纤维素加入摩尔浓度为0.6～2.8mol/L的气凝胶前驱体的水溶液中，使纤维素与气凝胶前驱体的质量比为：纤维素:气凝胶前驱体＝1:(0.06～0.5)，得到第一溶液，所述的纤维素为植物纤维素粉体，所述的气凝胶前驱体为硅酸钠、硅酸钾或偏铝酸钠中的任何一种；

(2)向上述第一溶液中加入纤维素交联剂，使纤维素和纤维素交联剂的质量比为：纤维素:纤维素交联剂＝1:(0.6～1.5)，常温下搅拌均匀，得到第二溶液，所述的纤维素交联剂为环氧氯丙烷、甲醛或戊二醛中的任何一种；

(3)将长玻璃纤维网络浸入第二溶液中静置，使纤维素和长玻璃纤维网络的质量比为：纤维素:长玻璃纤维网络＝1:(0.5～2.5)，静置时间为40～60小时，使第二溶液转化为骨架结构的纤维素凝胶；

(4)在上述纤维素凝胶中加入催化剂，在室温～70℃下反应2～10小时，使纤维素凝胶骨架间的气凝胶前驱体转化为氧化物凝胶，得到凝胶复合物，所述催化剂为硫酸、盐酸或硝酸中的任何一种，催化剂的摩尔浓度为1～4mol/L；

(5)将上述凝胶复合物置于预热至50～95℃的质量浓度为30％～50％的叔丁醇水溶液中，进行溶剂置换反应，反应6～24小时，将反应后的凝胶复合物在-5～-50℃下进行预冷，在低于50Pa的真空中在20～70℃下冷冻干燥20～45小时，得到多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料；

或：将上述凝胶复合物置于液态二氧化碳中进行溶剂置换反应，反应6～24小时，将反应后的凝胶复合物升温至31～45℃，加压至72～85bar，使凝胶复合物中的液态二氧化碳达到超临界状态，再在12～24小时内将压力缓慢降低至大气压，使液态二氧化碳逐步以气态形式扩散掉，完成凝胶复合物的超临界干燥，得到多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料。

本发明制备方法步骤(1)中的前驱体，除了上述硅酸钠、硅酸钾或偏铝酸钠外，也可以包括硅酸铵，偏铝酸钾等，可以是能够与步骤(4)中的催化剂反应形成凝胶的任何可溶性盐。

本发明制备方法步骤(2)中的纤维素交联剂，除了环氧氯丙烷、甲醛或戊二醛外，也可以为草酸或己二酸等。

本发明制备方法中使用的长玻璃纤维网络为普通化工材料，可以从相关生产厂家购买，例如厦门溢荣工贸有限公司生产的8mm厚的玻璃纤维针刺毡。

以下介绍本发明方法的实施例：

实施例1

(1)将纤维素加入摩尔浓度为1.2mol/L的气凝胶前驱体的水溶液中，使纤维素与气凝胶前驱体的质量比为：纤维素:气凝胶前驱体＝1:0.3，得到第一溶液，所述的纤维素为植物纤维素粉体，所述的气凝胶前驱体为硅酸钠；

(2)向上述第一溶液中加入纤维素交联剂，使纤维素和纤维素交联剂的质量比为：纤维素:纤维素交联剂＝1:0.8，常温下搅拌均匀，得到第二溶液，所述的纤维素交联剂为环氧氯丙烷；

(3)将长玻璃纤维网络浸入第二溶液中静置，使纤维素和长玻璃纤维网络的质量比为：纤维素:长玻璃纤维网络＝1:0.7，静置时间为45小时，使第二溶液转化为骨架结构的纤维素凝胶；

(4)在上述纤维素凝胶中加入催化剂，在室温下反应9小时，使纤维素凝胶骨架间的气凝胶前驱体转化为氧化物凝胶，得到凝胶复合物，所述催化剂为硫酸，该催化剂的摩尔浓度为1.5mol/L；

(5)将上述凝胶复合物置于预热至55℃的质量浓度为35％的叔丁醇的水溶液中，进行溶剂置换反应，待反应15小时后，将反应后的凝胶复合物在-40℃下进行预冷至凝胶复合物中的液体凝固，在20Pa的真空中在40℃下冷冻干燥35小时，得到多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料；其主要参数见表1所示。

表1根据实施例1制备得到的复合气凝胶的主要参数

实施例2

(1)将纤维素加入摩尔浓度为1.8mol/L的气凝胶前驱体的水溶液中，使纤维素与气凝胶前驱体的质量比为：纤维素:气凝胶前驱体＝1:0.15，得到第一溶液，所述的纤维素为植物纤维素粉体，所述的气凝胶前驱体为硅酸钾；

(2)向上述第一溶液中加入纤维素交联剂，使纤维素和纤维素交联剂的质量比为：纤维素:纤维素交联剂＝1:1.2，常温下搅拌均匀，得到第二溶液，所述的纤维素交联剂为甲醛；

(3)将长玻璃纤维网络浸入第二溶液中静置，使纤维素和长玻璃纤维网络的质量比为：纤维素:长玻璃纤维网络＝1:1.2，静置时间为49小时，使第二溶液转化为骨架结构的纤维素凝胶；

(4)在上述纤维素凝胶中加入催化剂，在50℃下反应3小时，使纤维素凝胶骨架间的气凝胶前驱体转化为氧化物凝胶，得到凝胶复合物，所述催化剂为盐酸，该催化剂的摩尔浓度为2.5mol/L；

(5)将上述凝胶复合物置于预热至75℃的质量浓度为45％的叔丁醇的水溶液中，进行溶剂置换反应，待反应10小时后，将反应后的凝胶复合物在-30℃下进行预冷至凝胶复合物中的液体凝固，在29Pa的真空中在50℃下冷冻干燥25小时，得到多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料；其主要参数见表2所示。

表2根据实施例2制备得到的复合气凝胶的主要参数

实施例3

(1)将纤维素加入摩尔浓度为0.8mol/L的气凝胶前驱体的水溶液中，使纤维素与气凝胶前驱体的质量比为：纤维素:气凝胶前驱体＝1:0.45，得到第一溶液，所述的纤维素为植物纤维素粉体，所述的气凝胶前驱体为偏铝酸钠；

(2)向上述第一溶液中加入纤维素交联剂，使纤维素和纤维素交联剂的质量比为：纤维素:纤维素交联剂＝1:0.9，常温下搅拌均匀，得到第二溶液，所述的纤维素交联剂为戊二醛；

(3)将长玻璃纤维网络浸入第二溶液中静置，使纤维素和长玻璃纤维网络的质量比为：纤维素:长玻璃纤维网络＝1:1.0，静置时间为53小时，使第二溶液转化为骨架结构的纤维素凝胶；

(4)在上述纤维素凝胶中加入催化剂，在46℃下反应4小时，使纤维素凝胶骨架间的气凝胶前驱体转化为氧化物凝胶，得到凝胶复合物，所述催化剂为硝酸，该催化剂的摩尔浓度为1.2mol/L；

(5)将上述凝胶复合物置于预热至75℃的质量浓度为40％的叔丁醇的水溶液中，进行溶剂置换反应，待反应15小时后，将反应后的凝胶复合物在-36℃下进行预冷至凝胶复合物中的液体凝固，在15Pa的真空中在50℃下冷冻干燥25小时，得到多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料；其主要参数见表3所示。

表3根据实施例3制备得到的复合气凝胶的主要参数

实施例4

(1)将纤维素加入摩尔浓度为2.5mol/L的气凝胶前驱体的水溶液中，使纤维素与气凝胶前驱体的质量比为：纤维素:气凝胶前驱体＝1:0.11，得到第一溶液，所述的纤维素为植物纤维素粉体，所述的气凝胶前驱体为硅酸钠；

(2)向上述第一溶液中加入纤维素交联剂，使纤维素和纤维素交联剂的质量比为：纤维素:纤维素交联剂＝1:1.3，常温下搅拌均匀，得到第二溶液，所述的纤维素交联剂为戊二醛；

(3)将长玻璃纤维网络浸入第二溶液中静置，使纤维素和长玻璃纤维网络的质量比为：纤维素:长玻璃纤维网络＝1:2.2，静置时间为58小时，使第二溶液转化为骨架结构的纤维素凝胶；

(4)在上述纤维素凝胶中加入催化剂，在62℃下反应4小时，使纤维素凝胶骨架间的气凝胶前驱体转化为氧化物凝胶，得到凝胶复合物，所述催化剂为盐酸，该催化剂的摩尔浓度为3.5mol/L；

(5)将上述凝胶复合物置于液态二氧化碳中进行溶剂置换反应，待反应12小时后，将反应后的凝胶复合物升温至35℃，加压至80bar，使凝胶复合物中的液态二氧化碳达到超临界状态，再在18小时内将压力缓慢降低至大气压，使液态二氧化碳逐步以气态形式扩散掉，即完成上述凝胶复合物的超临界干燥，得到多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料；其主要参数见表4所示。

表4根据实施例4制备得到的复合气凝胶的主要参数

对比例1

(1)向摩尔浓度为1.2mol/L的硅酸钠水溶液中，边搅拌边滴加1.5mol/L的硫酸，直至硅酸钠形成凝胶。

(2)将此凝胶置于预热至55℃的质量浓度为35％的叔丁醇的水溶液中，进行溶剂置换反应，待反应15小时后，将反应后的凝胶在-40℃下进行预冷至凝胶中的液体凝固，在20Pa的真空中在40℃下冷冻干燥35小时，得到碎裂严重且脆性较高的单纯二氧化硅气凝胶。其主要参数见表5所示。

表5根据对比例1制备得到的气凝胶材料的主要参数

对比例2

(1)将纤维素加入摩尔浓度为1.8mol/L的气凝胶前驱体的水溶液中，使纤维素与气凝胶前驱体的质量比为：纤维素:气凝胶前驱体＝1:0.15，得到第一溶液，所述的纤维素为植物纤维素粉体，所述的气凝胶前驱体为硅酸钾；

(2)向上述第一溶液中加入纤维素交联剂，使纤维素和纤维素交联剂的质量比为：纤维素:纤维素交联剂＝1:1.2，常温下搅拌均匀，得到第二溶液，所述的纤维素交联剂为甲醛；静置49小时，使第二溶液转化为骨架结构的纤维素凝胶；

(3)在上述纤维素凝胶中加入催化剂，在50℃下反应3小时，使纤维素凝胶骨架间的气凝胶前驱体转化为氧化物凝胶，得到凝胶复合物，所述催化剂为盐酸，该催化剂的摩尔浓度为2.5mol/L，但凝胶复合物易于破损，其可塑性和可成型性不够理想

(4)将上述凝胶复合物置于预热至75℃的质量浓度为45％的叔丁醇的水溶液中，进行溶剂置换反应，待反应10小时后，将反应后的凝胶复合物在-30℃下进行预冷至凝胶复合物中的液体凝固，在29Pa的真空中在50℃下冷冻干燥25小时，得到仅有二氧化硅凝胶网络和纤维素凝胶网络复合的气凝胶复合材料；该复合气凝胶布满裂纹，开裂比较严重，完整性差，难以实用。其主要参数见表6所示。

表6根据对比例2制备得到的复合气凝胶的主要参数

对比例3

(1)向摩尔浓度为1.2mol/L的硅酸钠水溶液中，边搅拌边滴加1.5mol/L的硫酸，直至硅酸钠形成凝胶pH值接近10时将长玻璃纤维网络浸入其中，静置15小时，即得二氧化硅凝胶网络和长玻璃纤维网络构成的凝胶复合物，但凝胶复合物易于破损，其可塑性和可成型性不够理想；

(2)将上述凝胶复合物置于预热至55℃的质量浓度为35％的叔丁醇的水溶液中，进行溶剂置换反应，待反应15小时后，将反应后的凝胶复合物在-40℃下进行预冷至凝胶复合物中的液体凝固，在20Pa的真空中在40℃下冷冻干燥35小时，得到仅含二氧化硅凝胶网络和长玻璃纤维网络的气凝胶复合材料。该气凝胶有一定的开裂，且有比较严重的掉粉现象，难以实用，其主要参数见表7所示。

表7根据对比例3制备得到的气凝胶材料的主要参数

上述所有实施例与对比例中所得到的气凝胶样品均采用美国麦克公司仪器(GeminiⅤ,Micromeritics)在液氮温度下测定比表面积，孔体积以及孔径分布，采用C-Therm公司的热导率仪(C-Therm TCi thermal conductivity analyzer)进行热导率的测定，采用块体质量与所测定体积之比确定密度，采用英斯特朗公司的万能电子材料试验机(Instron3365)测定杨氏模量，孔隙率由下述公式得到：

其中ρ、ρ_s、ρ_c和ρ_g分别为气凝胶材料的表观密度，凝胶网络的骨架密度，纳米纤维素网络的骨架密度和纯长玻璃纤维的密度，ω_s、ω_c和ω_g分别为凝胶网络的骨架，纳米纤维素网络的骨架和纯长玻璃纤维的质量分数。

从上述实施例的结果可以看到，本发明的气凝胶复合材料由凝胶网络、纳米纤维素网络和长玻璃纤维网络复合而成，显著改善了气凝胶材料的机械性能，获得了低热导率、低密度、高比表面积的气凝胶复合材料。相对于没有构筑多尺度多重网络复合结构的纯的气凝胶经冷冻干燥只能得到粉末而言，本方法制备的多尺度多重网络复合的气凝胶材料经冷冻干燥可获得大尺寸且机械性能优异的块体材料，这一巨大的优势为气凝胶材料在更多领域的实际应用铺平了道路。

此外，本发明不但可以采用传统的超临界干燥方法制备气凝胶复合材料，也可以通过冷冻干燥的方法取代传统的超临界干燥制备气凝胶复合材料，降低了制备成本，并且反应条件要求较低，提高了生产的安全性，降低了实际生产的限制，可以进行较大规模的生产。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一种实施方式”等的描述意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或实施方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实施方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或实施方式中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料，其特征在于该气凝胶复合材料由无机氧化物凝胶网络、纳米纤维素网络和长玻璃纤维网络复合而成，所述的无机氧化物凝胶网络和纳米纤维素网络在纳米尺度形成互穿网络结构，该互穿网络结构与所述的长玻璃纤维网络在宏观尺度形成复合结构后形成气凝胶复合材料，该气凝胶复合材料的孔隙率为75～99.5％，密度为0.015～0.480g/cm³，比表面积为150～1200m²/g，导热系数为0.018～0.048W m^-1k^-1，弹性模量为0.5～50MPa。

2.一种如权利要求1所述的多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：

(1)将纤维素加入摩尔浓度为0.6～2.8mol/L的气凝胶前驱体的水溶液中，使纤维素与气凝胶前驱体的质量比为：纤维素:气凝胶前驱体＝1:(0.06～0.5)，得到第一溶液，所述的纤维素为植物纤维素粉体，所述的气凝胶前驱体为硅酸钠、硅酸钾或偏铝酸钠中的任何一种；

(2)向上述第一溶液中加入纤维素交联剂，使纤维素和纤维素交联剂的质量比为：纤维素:纤维素交联剂＝1:(0.6～1.5)，常温下搅拌均匀，得到第二溶液，所述的纤维素交联剂为环氧氯丙烷、甲醛或戊二醛中的任何一种；

(3)将长玻璃纤维网络浸入第二溶液中静置，使纤维素和长玻璃纤维网络的质量比为：纤维素:长玻璃纤维网络＝1:(0.5～2.5)，静置时间为40～60小时，使第二溶液转化为骨架结构的纤维素凝胶；

(4)在上述纤维素凝胶中加入催化剂，在室温～70℃下反应2～10小时，使纤维素凝胶骨架间的气凝胶前驱体转化为氧化物凝胶，得到凝胶复合物，所述催化剂为硫酸、盐酸或硝酸中的任何一种，催化剂的摩尔浓度为1～4mol/L；

(5)将上述凝胶复合物置于预热至50～95℃的质量浓度为30％～50％的叔丁醇水溶液中，进行溶剂置换反应，反应6～24小时，将反应后的凝胶复合物在-5～-50℃下进行预冷，在低于50Pa的真空中在20～70℃下冷冻干燥20～45小时，得到多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料；

或：将上述凝胶复合物置于液态二氧化碳中进行溶剂置换反应，反应6～24小时，将反应后的凝胶复合物升温至31～45℃，加压至72～85bar，使凝胶复合物中的液态二氧化碳达到超临界状态，再在12～24小时内将压力缓慢降低至大气压，使液态二氧化碳逐步以气态形式扩散掉，完成凝胶复合物的超临界干燥，得到多尺度多重网络复合结构的气凝胶复合材料。