CN106495501A - 一种纳米SiO2气凝胶的制备方法 - Google Patents

一种纳米SiO2气凝胶的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，本发明通过层流等离子体发生装置产生层流等离子体射束，给经过处理的纳米SiO2粒子进行加热，从而使得纳米SiO2粒子蒸发、汽化，然后通过冷凝装置对纳米SiO2粒子进行冷凝，其通过玻璃基板先进行镍磷合金薄膜层先进行沉积，再用沉积后的玻璃基板对已经分筛、干燥、蒸发、汽化、冷凝的纳米SiO2粒子进行静电吸附。沉积后的玻璃基板对纳米SiO2粒子的吸附均匀，形成的纳米SiO2气凝胶无孔隙，质地均匀。将纳米SiO2粒子的前处理和静电吸附基板处理相结合，从而提高大大提高了纳米SiO2气凝胶的制备效率。

Description

一种纳米SiO2气凝胶的制备方法
技术领域
本发明属于材料制备领域，具体涉及一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，更具体的说，涉及一种采用层流电弧等离子束蒸-凝法生成纳米SiO2气凝胶的制备方法。
背景技术
纳米SiO2气凝胶是一种新型轻质多孔材料，具有低密度、高孔隙率、低热导率和高透光率、低折射率和低的声传播速度，是一种新型高效透光隔热保温和隔音材料。本产品具有高透光率和低热导率，特别适合用于太阳能光热低温平板热水器、中温平板集热器、建筑玻璃窗等既要求透光又要求高效保温的运用场所。
目前国内外制备纳米SiO2气凝胶主要采用溶胶凝胶法，通过超临界干燥技术进行气液置换后形成气凝胶，生产效率较低，生产成本高。美国ASPEN公司对气凝胶隔热的研究较早，主要针对柔性气凝胶隔热产品的开发和应用。国内同济大学侧重于气凝胶基础研究，所制备的气凝胶隔热材料力学强度较小，成形性较差，只有少量的实际应用；北京科技大学利用硅酸钙石二次粒子与气凝胶复合制备隔热复合材料，仍处于实验室阶段，无工程应用；纳诺高科为代表的国内从事气凝胶隔热材料研究、生产的企业起步较晚，技术力量薄弱，且全部采用溶胶-凝胶法。由于目前国内外溶胶凝胶法生产的SiO2气凝胶工艺流程长，生产效率较低，且因国外的技术封锁国内产品品质较差、成本高，极大制约了该产品的广泛应用。中国是太阳能光热应用的大国，而目前相关研究已证实：纳米SiO2气凝胶是未来高效低温热水器和中、高温平板集热器革命性的关键核心材料，有广阔的市场前景。
申请号为CN201210039322.8，名称为等离子束蒸-凝法制备纳米SiO2气凝胶及静电成型方法的发明专利，公开了一种等离子束蒸-凝法制备纳米SiO2气凝胶及静电成型方法，具体为：利用大功率层流等离子束发生器产生温度超过一万摄氏度的稳定长弧等离子体射流，通过高精度送粉器将原材料粉末或颗粒送进等离子体内部瞬间汽化、冷凝，最后通过带高压的基板静电吸附并成型。通过高压电场让冷凝的絮状纳米SiO2粒子带上电荷，再利用静电力吸附并成型在带静电的基板上，具有收集效率高、密度及结构易调节、工艺简单、节能、成本低等优点。
上述现有技术的未对纳米SiO2粒子进行处理，静电吸附的基板没有处理，无法保证生成的纳米SiO2气凝胶的质量。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，实现了通过等离子束蒸-凝法快速制备纳米SiO2气凝胶的目的。
为了达到上述技术效果，本发明采用了以下技术方案：
一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、采用层流等离子体发生器产生层流等离子射束；采用的层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道结构；
B、对纳米SiO2粒子依次进行分筛、超临界流体进行干燥，再通过送粉装置将纳米SiO2粒子送入层流等离子体发生器内，对纳米SiO2粒子进行蒸发、汽化；
C、对纳米SiO2粒子放入冷凝装置中进行冷凝；冷凝时间为1.5-2h；
D、在玻璃基板上采用电弧等离子体镀法沉积至少三层镍磷合金薄膜层；将玻璃基板放入静电吸附装置中，对纳米SiO2粒子进行静电吸附成型。
本发明在步骤A中，产生的层流等离子体射束通过功率调节器调节层流等离子体的长短。
本发明在步骤B中，对纳米SiO2粒子进行分筛的筛网的细度为80-120目。
本发明在步骤C中，对纳米SiO2粒子冷凝采用的是真空泵列管冷却器。
本发明在步骤D中，采用的静电吸附装置包括高压发生器和静电发生器；先打开高压发生器产生高压，再打开静电发生器形成高压电场。
本发明在步骤D中，所述静电吸附装置的电压保持110-220V。
本发明在对纳米SiO2粒子进行冷凝时，将纳米SiO2粒子放置在密封机构内进行冷凝，冷凝后在室温下缓冲防止5-10min。
本发明带来的有益效果有：
1、本发明通过层流等离子体发生装置产生层流等离子体射束，给经过处理的纳米SiO2粒子进行加热，从而使得纳米SiO2粒子蒸发、汽化，然后通过冷凝装置对纳米SiO2粒子进行冷凝，其通过玻璃基板先进行镍磷合金薄膜层先进行沉积，再用沉积后的玻璃基板对已经分筛、干燥、蒸发、汽化、冷凝的纳米SiO2粒子进行静电吸附。沉积后的玻璃基板对纳米SiO2粒子的吸附均匀，形成的纳米SiO2气凝胶无孔隙，质地均匀，本发明将纳米SiO2粒子和静电吸附基板处理相结合来改进纳米SiO2气凝胶的制备过称，大大提高了纳米SiO2气凝胶的制备效率。
2、本发明对纳米SiO2粒子进行预处理，使得纳米SiO2粒子颗粒大小一致，在合适的范围内进行下一步处理，防止因颗粒大小不一、湿度太大引起的后续工序的质量问题。
3、本发明采用专用的冷凝装置对纳米SiO2粒子进行冷凝，冷凝后的纳米SiO2粒子再进行静电吸附，冷凝的时间控制在1.5-2h，防止冷凝时间不够纳米SiO2粒子的温度影响静电吸附，防止冷凝时间过长让纳米SiO2粒子凝结成团。
4、本发明采用了高压发生器和静电发生器产生了高压静电场，通过静电发生器使得基板带上静电，通过粒子输入端将纳米SiO2粒子输入，在高压发生器产生的电场下静电吸附成型在基板上。
具体实施方式
实施例1
一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、采用层流等离子体发生器产生层流等离子射束；采用的层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道结构；
B、对纳米SiO2粒子依次进行分筛、超临界流体进行干燥，再通过送粉装置将纳米SiO2粒子送入层流等离子体发生器内，对纳米SiO2粒子进行蒸发、汽化；
C、对纳米SiO2粒子放入冷凝装置中进行冷凝；冷凝时间为1.5-2h；
D、在玻璃基板上采用电弧等离子体镀法沉积至少三层镍磷合金薄膜层；将玻璃基板放入静电吸附装置中，对纳米SiO2粒子进行静电吸附成型。
实施例2
一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、采用层流等离子体发生器产生层流等离子射束；采用的层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道结构；
B、对纳米SiO2粒子依次进行分筛、超临界流体进行干燥，再通过送粉装置将纳米SiO2粒子送入层流等离子体发生器内，对纳米SiO2粒子进行蒸发、汽化；
C、对纳米SiO2粒子放入冷凝装置中进行冷凝；冷凝时间为1.5-2h；
D、在玻璃基板上采用电弧等离子体镀法沉积至少三层镍磷合金薄膜层；将玻璃基板放入静电吸附装置中，对纳米SiO2粒子进行静电吸附成型。
优选的，本发明在步骤A中，产生的层流等离子体射束通过功率调节器调节层流等离子体的长短。
实施例3
一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、采用层流等离子体发生器产生层流等离子射束；采用的层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道结构；
B、对纳米SiO2粒子依次进行分筛、超临界流体进行干燥，再通过送粉装置将纳米SiO2粒子送入层流等离子体发生器内，对纳米SiO2粒子进行蒸发、汽化；
C、对纳米SiO2粒子放入冷凝装置中进行冷凝；冷凝时间为1.5-2h；
D、在玻璃基板上采用电弧等离子体镀法沉积至少三层镍磷合金薄膜层；将玻璃基板放入静电吸附装置中，对纳米SiO2粒子进行静电吸附成型。
优选的，本发明在步骤B中，对纳米SiO2粒子进行分筛的筛网的细度为80-120目。
实施例4
一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、采用层流等离子体发生器产生层流等离子射束；采用的层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道结构；
B、对纳米SiO2粒子依次进行分筛、超临界流体进行干燥，再通过送粉装置将纳米SiO2粒子送入层流等离子体发生器内，对纳米SiO2粒子进行蒸发、汽化；
C、对纳米SiO2粒子放入冷凝装置中进行冷凝；冷凝时间为1.5-2h；
D、在玻璃基板上采用电弧等离子体镀法沉积至少三层镍磷合金薄膜层；将玻璃基板放入静电吸附装置中，对纳米SiO2粒子进行静电吸附成型。
优选的，本发明在步骤C中，对纳米SiO2粒子冷凝采用的是真空泵列管冷却器。
实施例5
一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、采用层流等离子体发生器产生层流等离子射束；采用的层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道结构；
B、对纳米SiO2粒子依次进行分筛、超临界流体进行干燥，再通过送粉装置将纳米SiO2粒子送入层流等离子体发生器内，对纳米SiO2粒子进行蒸发、汽化；
C、对纳米SiO2粒子放入冷凝装置中进行冷凝；冷凝时间为1.5-2h；
D、在玻璃基板上采用电弧等离子体镀法沉积至少三层镍磷合金薄膜层；将玻璃基板放入静电吸附装置中，对纳米SiO2粒子进行静电吸附成型。
优选的，本发明在步骤D中，采用的静电吸附装置包括高压发生器和静电发生器；先打开高压发生器产生高压，再打开静电发生器形成高压电场。
实施例6
一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、采用层流等离子体发生器产生层流等离子射束；采用的层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道结构；
B、对纳米SiO2粒子依次进行分筛、超临界流体进行干燥，再通过送粉装置将纳米SiO2粒子送入层流等离子体发生器内，对纳米SiO2粒子进行蒸发、汽化；
C、对纳米SiO2粒子放入冷凝装置中进行冷凝；冷凝时间为1.5-2h；
D、在玻璃基板上采用电弧等离子体镀法沉积至少三层镍磷合金薄膜层；将玻璃基板放入静电吸附装置中，对纳米SiO2粒子进行静电吸附成型。
优选的，本发明在步骤D中，所述静电吸附装置的电压保持110-220V。
实施例7
一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、采用层流等离子体发生器产生层流等离子射束；采用的层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道结构；
B、对纳米SiO2粒子依次进行分筛、超临界流体进行干燥，再通过送粉装置将纳米SiO2粒子送入层流等离子体发生器内，对纳米SiO2粒子进行蒸发、汽化；
C、对纳米SiO2粒子放入冷凝装置中进行冷凝；冷凝时间为1.5-2h；
D、在玻璃基板上采用电弧等离子体镀法沉积至少三层镍磷合金薄膜层；将玻璃基板放入静电吸附装置中，对纳米SiO2粒子进行静电吸附成型。
优选的，本发明在对纳米SiO2粒子进行冷凝时，将纳米SiO2粒子放置在密封机构内进行冷凝，冷凝后在室温下缓冲防止5-10min。
实施例8
一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、采用层流等离子体发生器产生层流等离子射束；采用的层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道结构；
B、对纳米SiO2粒子依次进行分筛、超临界流体进行干燥，再通过送粉装置将纳米SiO2粒子送入层流等离子体发生器内，对纳米SiO2粒子进行蒸发、汽化；
C、对纳米SiO2粒子放入冷凝装置中进行冷凝；冷凝时间为1.5-2h；
D、在玻璃基板上采用电弧等离子体镀法沉积至少三层镍磷合金薄膜层；将玻璃基板放入静电吸附装置中，对纳米SiO2粒子进行静电吸附成型。
本发明在步骤A中，产生的层流等离子体射束通过功率调节器调节层流等离子体的长短。
本发明在步骤B中，对纳米SiO2粒子进行分筛的筛网的细度为80-120目。
本发明在步骤C中，对纳米SiO2粒子冷凝采用的是真空泵列管冷却器。
本发明在步骤D中，采用的静电吸附装置包括高压发生器和静电发生器；先打开高压发生器产生高压，再打开静电发生器形成高压电场。
本发明在步骤D中，所述静电吸附装置的电压保持110-220V。
本发明在对纳米SiO2粒子进行冷凝时，将纳米SiO2粒子放置在密封机构内进行冷凝，冷凝后在室温下缓冲防止5-10min。

Claims (7)

1.一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、采用层流等离子体发生器产生层流等离子射束；采用的层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道结构；
B、对纳米SiO2粒子依次进行分筛、超临界流体进行干燥，再通过送粉装置将纳米SiO2粒子送入层流等离子体发生器内，对纳米SiO2粒子进行蒸发、汽化；
C、对纳米SiO2粒子放入冷凝装置中进行冷凝；冷凝时间为1.5-2h；
D、在玻璃基板上采用电弧等离子体镀法沉积至少三层镍磷合金薄膜层；将玻璃基板放入静电吸附装置中，对纳米SiO2粒子进行静电吸附成型。
2.根据权利要求1所述的一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，其特征在于：在步骤A中，产生的层流等离子体射束通过功率调节器调节层流等离子体的长短。
3.根据权利要求1所述的一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，其特征在于：在步骤B中，对纳米SiO2粒子进行分筛的筛网的细度为80-120目。
4.根据权利要求1所述的一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，其特征在于：在步骤C中，对纳米SiO2粒子冷凝采用的是真空泵列管冷却器。
5.根据权利要求1所述的一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，其特征在于：在步骤D中，采用的静电吸附装置包括高压发生器和静电发生器；先打开高压发生器产生高压，再打开静电发生器形成高压电场。
6.根据权利要求1所述的一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，其特征在于：在步骤D中，所述静电吸附装置的电压保持110-220V。
7.根据权利要求1所述的一种纳米SiO2气凝胶的制备方法，其特征在于：在对纳米SiO2粒子进行冷凝时，将纳米SiO2粒子放置在密封机构内进行冷凝，冷凝后在室温下缓冲防止5-10min。
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