CN108249901B - 一种耐高温气凝胶材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐高温气凝胶材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)溶胶制备；(2)纳米晶组装过程，制得以氧化物纳米晶为骨架的气凝胶湿凝胶；(3)气凝胶材料制备；和(4)热处理过程，制得耐高温气凝胶材料。本发明采用纳米晶组装技术与热处理相结合，制备出了具有微观核壳结构的耐高温气凝胶材料，其核壳结构在高温下形成网络框架抑制了氧化物纳米晶体的生长，有效克服了氧化物气凝胶在高温使用过程中结构坍塌导致的收缩问题。本发明制备的气凝胶材料具有良好的耐高温特性，耐热温度为1000℃以上，甚至能耐受1300℃以上的高温。

Description

一种耐高温气凝胶材料的制备方法
技术领域
本发明涉及气凝胶制备技术领域，尤其涉及一种耐高温气凝胶材料的制备方法。
背景技术
气凝胶材料由于具有高的孔隙率、纤细的纳米多孔网络结构，能够有效抑制热传导和热对流，被认为是目前隔热性能最好的固体材料，已经广泛的应用于多种航天器、飞行器热防护之中。目前国内外对二氧化硅气凝胶隔热材料的研究较多，其在中温隔热领域是一种非常有效的材料，但是氧化硅气凝胶高温稳定性差，长期使用温度不高于650℃，因而难以在更高使用温度环境下应用。因此，寻求耐高温的气凝胶隔热复合材料是国际上隔热领域研究的主要方向。在众多的气凝胶中，氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶具有优异的耐高温和隔热性能是制备耐高温隔热材料的理想材料。
目前主要采用溶胶-凝胶法制备气凝胶材料，制备得到的气凝胶材料为非晶相或低温稳定晶相纳米颗粒构成的三维网络结构。高温下气凝胶纳米颗粒发生晶型转变，另外由于表面能高，高温下易发生烧结，导致纳米颗粒长大、孔洞减少，从而使气凝胶的比表面积急剧的下降，使其隔热性能大大减弱。另外，虽然氧化铝气凝胶虽然具有较好的耐高温性能，但在温度升高的情况下会产生一系列的相变，这时氧化铝的比表面积会相应减小，尤其在温度不低于1000℃时，表面积剧减，表明高温下相变是影响比表面积的一个重要因素。
Gen Hayase等人在文章《Ultralow-Density,Transparent,SuperamphiphobicBoehmite Nanofiber Aerogels and Their Alumina Derivatives》中采用勃姆石纳米纤维溶胶进行凝胶，制备了勃姆石纳米纤维气凝胶，该气凝胶具有超高的比表面积，但热处理过程中发生一系列的相变，产生严重的体积收缩，1300℃热处理后比表面积仅为4m2/g。Alphonse等人在文章《Thermal stabilization of alumina modified by lanthanum》中将嵌段共聚物与硝酸镧添加到勃姆石水溶胶中，制备了氧化镧掺杂勃姆石气凝胶。所制备的材料在1200℃热处理后比表面积仍能达到71m2/g左右，而未加氧化镧改性的纯氧化铝干凝胶比表面积仅为5m2/g左右。虽然加入氧化镧一定程度的改善了其耐温性，但材料仍然发生了严重的收缩。专利CN201310276044.2《一种耐高温氧化铝气凝胶材料的制备方法》中采用原位生成水法制备氧化铝溶胶，在超临界干燥过程中引入硅源，并在高温处理后采用六甲基二硅胺烷气氛中处理，使氧化硅包覆氧化铝颗粒，抑制氧化铝晶体的增长，1200℃处理2h后线收缩率为5％。但该方法在超临界干燥过程选用乙醇作为介质、且该过程需要升温至300℃，存在很多安全隐患，且该方法没有考虑材料在1200℃以上的耐温性。对于氧化铝耐温性的提高，研究者认为掺杂其他氧化物是有效的方法，但其仅是一定程度改善了晶型转变和抑制烧结的作用，目前，通过掺杂其他氧化物的方法制备的气凝胶仍然存在耐温性不足的问题。
随着科技的发展，各领域对隔热材料的耐热性和隔热性能提出了更高的要求，急需解决耐高温气凝胶材料的高温烧结问题。
发明内容
为了提高现有技术中气凝胶材料的耐高温性，本发明提供了一种制备工艺简单、材料的耐高温性能显著提高、具有核壳结构的多孔网络耐高温气凝胶材料的制备方法。
本发明提供了一种耐高温气凝胶材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)溶胶制备：以有机硅酯为原料、酸性试剂为催化剂以及有机溶剂为分散剂制得硅质溶胶；
(2)纳米晶组装过程：将氧化物纳米粉溶解于有机溶剂中，得到第一混合液，然后往所述第一混合液中加入步骤(1)制得的硅质溶胶，并进行第一次分散处理，得到第二混合液，再往所述第二混合液中加入碱性试剂作为催化剂，并进行第二次分散处理，制得以氧化物纳米晶为骨架的气凝胶湿凝胶；
(3)气凝胶材料制备：将步骤(2)制得的气凝胶湿凝胶依次经过胶凝与老化、溶剂置换和干燥的步骤，制得气凝胶材料；和
(4)热处理过程：将步骤(3)制得的气凝胶材料在500℃～1500℃的条件下热处理0.1～10h，制得耐高温气凝胶材料。
优选地，在步骤(1)中采用两步法进行溶胶制备：
第一步：将有机硅酯、有机溶剂和酸性试剂混合均匀，并在搅拌的条件下回流10～60min，得到硅质溶胶前驱体第一溶液；和
第二步：往第一步得到的硅质溶胶前驱体第一溶液中加入有机硅酯，得到硅质溶胶前驱体第二溶液，将所述硅质溶胶前驱体第二溶液在搅拌且温度为50～120℃的条件下保持2～24h，得到硅质溶胶。
优选地，在第一步中，所述酸性试剂的浓度为0.001～0.1mol/L，所述有机硅酯、有机溶剂与酸性试剂的质量比为(50～1000)：(50～1000)：(1～200)；所述第一步中有机硅酯与所述第二步中有机硅酯的质量比为(50～1000)：(50～1000)。
优选地，步骤(1)中所述有机硅酯为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；步骤(1)中所述酸性试剂选自由盐酸、氢氟酸和硝酸组成的组；步骤(1)中所述有机溶剂选自由甲醇、乙醇、丙酮和乙腈组成的组。
优选地，步骤(2)中所述碱性试剂为氨水；所述碱性试剂的浓度为0.1～1mol/L；和/或步骤(2)中所述有机溶剂选自由甲醇、乙醇、丙酮和乙腈组成的组。
优选地，步骤(2)中所述氧化物纳米粉、硅质溶胶、碱性试剂和有机溶剂的质量比为(1～100)：(0.1～60)：(0.1～30)：(10～200)。
优选地，步骤(2)中所述第一次分散处理和/或所述第二次分散处理为超声分散处理；所述第一次分散处理的时间为10～60min；所述第二次分散处理的时间为10～30min。
优选地，步骤(3)中所述胶凝与老化的步骤为：将步骤(2)制得的气凝胶湿凝胶静置12～72h使所述气凝胶湿凝胶发生胶凝反应，然后再置于20～80℃条件下12～72h进行老化与进一步的胶凝反应。
优选地，所述溶剂置换在醇溶剂或酮溶剂中进行；所述醇溶剂选自由甲醇、乙醇、丙醇和异丙醇组成的组；所述酮溶剂选自丁酮和丙酮组成的组；所述溶剂置换的时间为1～5d。
优选地，所述干燥为超临界干燥，优选为超临界二氧化碳干燥。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(1)本发明与现有溶胶-凝胶技术不同，采用“自下而上”的纳米颗粒生成方式，以具有固定晶型的氧化物纳米晶作为气凝胶的骨架单元，避免了纳米颗粒在低温下晶型转变造成的气凝胶结构破坏。
(2)本发明提出了具有创新性的核壳结构气凝胶的制备，本发明采用纳米晶组装技术结合热处理过程，将高温下稳定的纳米粒子进行组装粘接，实现氧化物纳米晶的有效组装和固定，实现了核壳结构多孔网络气凝胶的制备。核壳结构在高温下形成网络框架，可以有效抑制内部氧化物纳米晶体的长大，有效克服了氧化物气凝胶在高温使用过程中结构坍塌导致的收缩问题，进而抑制了高温下材料的烧结问题，解决了现在隔热材料在耐1300℃以上高温区间的技术瓶颈。
(3)本发明制备的耐高温气凝胶材料，其含有的二氧化硅存在于氧化铝纳米粒子之间，高温下可与氧化铝反应生成莫来石相包覆在表面，进一步形成核壳结构，其壳层作为屏障一定程度地阻止了颗粒之间高温下的融合和烧结过程。
(4)本发明采用低密度硅溶胶作为粘接剂(胶粘剂)，由于制备的初始密度较低仅为0.145g/cm3，经过后续的热处理过程后的耐高温气凝胶材料仍然具有较低的密度。
(5)本发明方法制备的耐高温气凝胶材料的孔隙率在80％以上，孔尺寸为5～500nm，气凝胶的凝胶颗粒粒径为10～400nm，比表面积为50～500m2/g，耐热温度为1000℃以上。
附图说明
图1是本发明制备流程图。
图2是本发明耐高温气凝胶材料的核壳结构形成过程示意图。
图3是本发明耐高温气凝胶材料的核壳结构的示意图。
图4是本发明实施例1中耐高温气凝胶材料的透射电镜照片。
图5是本发明实施例1中耐高温气凝胶材料的光学照片。
图6是本发明不同温度下热处理后的耐高温气凝胶材料的X射线衍射谱图(XRD谱图)。图中2θ表示为衍射角的两倍，单位为度(°)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种耐高温气凝胶材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)溶胶制备：以有机硅酯为原料、酸性试剂为催化剂以及有机溶剂为分散剂制得硅质溶胶。所述有机硅酯优选为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；所述酸性试剂选自由盐酸、氢氟酸和硝酸组成的组，所述酸性试剂的浓度为0.001～0.1mol/L(例如0.001、0.005、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09或0.1mol/L)；所述有机溶剂选自由甲醇、乙醇、丙酮和乙腈组成的组。
(2)纳米晶组装过程：将氧化物纳米粉溶解于有机溶剂中，得到第一混合液，然后往所述第一混合液中加入步骤(1)制得的硅质溶胶，并进行第一次分散处理，得到第二混合液，再往所述第二混合液中加入碱性试剂作为催化剂，并进行第二次分散处理，制得以氧化物纳米晶为骨架的气凝胶湿凝胶。
本发明所述氧化物纳米粉例如可以为氧化铝纳米粉体或氧化硅纳米粉体；步骤(2)中所述有机溶剂选自由甲醇、乙醇、丙酮和乙腈组成的组；步骤(2)中所述碱性试剂为氨水；所述碱性试剂的浓度为0.1～1mol/L(例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1mol/L)；步骤(2)中所述氧化物纳米粉、硅质溶胶、碱性试剂和有机溶剂的质量比为(1～100)：(0.1～60)：(0.1～30)：(10～200)；步骤(2)中所述第一次分散处理和/或所述第二次分散处理为超声分散处理；所述第一次分散处理的时间为10～60min(例如10、20、30、40、50或60min)；所述第二次分散处理的时间为10～30min(例如10、15、20、25或30min)。
(3)气凝胶材料制备：将步骤(2)制得的气凝胶湿凝胶依次经过胶凝与老化、溶剂置换和干燥的步骤，制得气凝胶材料。
(4)热处理过程：将步骤(3)制得的气凝胶材料在500℃～1500℃(例如500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃或1500℃)的条件下热处理0.1～10h(例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、1.0、1.2、1.5、1.8、2.0、2.3、2.5、2.8、3、4、5、6、7、8、9或10h)，制得耐高温气凝胶材料。
本发明可根据二氧化硅与氧化物纳米晶粒发生反应，使得晶相转变的温度确定热处理温度，例如对于氧化铝纳米粉，热处理温度为1100℃～1300℃；对于氧化锆纳米粉，热处理温度为1100℃～1200℃；对于氧化硅纳米粉，热处理温度为1000℃～1300℃。
在对步骤(3)制得的气凝胶材料进行热处理时，例如可以将步骤(3)制得的气凝胶材料随炉(例如马弗炉)升温至500℃～1500℃，升温速率为1～10℃/min(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10℃/min)，保温0.1～10h后随炉降温至室温。
根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中采用两步法进行溶胶制备：
第一步：将有机硅酯、有机溶剂和酸性试剂混合均匀，并在搅拌的条件下回流10～60min(10、20、30、40、50或60min)，得到硅质溶胶前驱体第一溶液；和
第二步：往第一步得到的硅质溶胶前驱体第一溶液中加入有机硅酯，得到硅质溶胶前驱体第二溶液，将所述硅质溶胶前驱体第二溶液在搅拌且温度为50～120℃(例如50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃或120℃)的条件下保持2～24h，得到硅质溶胶(例如2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22或24h)。特别地，对所述硅质溶胶进行稀释，先蒸出所述硅质溶胶含有的溶剂100～500g(例如100、200、300、400或500g)，再加入醇溶剂500～1000g(500、600、700、800、900或1000g)混合均匀，进行冷藏备用。
采用两步法进行溶胶制备时，优选的是，在第一步中，所述有机硅酯、有机溶剂与酸性试剂的质量比为(50～1000)：(50～1000)：(1～200)；所述第一步中有机硅酯与所述第二步中有机硅酯的质量比为(50～1000)：(50～1000)。本发明采用两步法制备溶胶，可以防止有机硅脂水解过快，保证溶胶颗粒均匀生长。
根据一些优选的实施方式，步骤(3)中所述胶凝与老化的步骤为：将步骤(2)制得的气凝胶湿凝胶静置12～72h(例如12、18、24、30、36、42、48、54、60、66或72h)使所述气凝胶湿凝胶发生胶凝反应，然后再置于20～80℃(例如20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃或80℃)条件下12～72h(例如12、18、24、30、36、42、48、54、60、66或72h)进行老化与进一步的胶凝反应。具体地，例如可以将步骤(2)制得的气凝胶湿凝胶置于模具中，静置24h，随后置于60℃烘箱中48h，完成胶凝与老化的过程。
根据一些优选的实施方式，所述溶剂置换在醇溶剂或酮溶剂中进行；所述醇溶剂选自由甲醇、乙醇、丙醇和异丙醇组成的组；所述酮溶剂选自丁酮和丙酮组成的组；所述溶剂置换中所用的溶剂的体积用量为胶凝与老化后的凝胶体积的5～30倍(例如5、10、15、20、25或30倍)；所述溶剂置换的时间为1～5d(1、2、3、4或5d)，该溶剂置换的过程可重复1～10次(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10次)。例如将胶凝与老化后的凝胶取出后放入10倍体积的乙醇溶剂中置换3天，该溶剂置换的过程重复3次。
根据一些优选的实施方式，所述干燥为超临界干燥，优选为超临界二氧化碳干燥。
本发明制备的耐高温气凝胶材料的孔隙率在80％以上，孔尺寸为5～500nm，气凝胶的凝胶颗粒粒径为10～400nm，比表面积为50～500m2/g，耐热温度为1000℃以上。
本发明耐高温气凝胶材料的核壳结构形成过程示意如图2所示，采用氧化物纳米晶粒子分散在硅溶胶中，加入催化剂后，纳米晶会发生吸附溶胶过程，再依次经过胶凝与老化过程、溶剂置换过程及超临界干燥过程得到具有初步的核壳结构的以氧化物纳米晶为骨架的气凝胶。为了进一步得到核壳结构，对氧化物纳米晶气凝胶进行热处理得到耐高温气凝胶材料。本发明耐高温气凝胶材料的核壳结构的结构示意如图3所示。由于热处理后的气凝胶材料显示为核壳结构，高温下壳层可以对材料产生物理屏障阻碍作用从而抑制烧结和气凝胶材料的晶型转变过程。本发明耐高温气凝胶材料的XRD谱图，如图6所示。图6的结果显示，当温度升高至1300℃后，耐高温气凝胶材料产生了耐更高温度的莫来石相，这种原位耐高温相的生成可以显著提高气凝胶材料的耐温性。
实施例1
①溶胶制备
称取正硅酸甲酯160g和乙腈160g于500mL烧杯中，用保鲜膜将其密封并进行磁力搅拌1min。混合均匀后，加入浓度为0.003mol/L的盐酸60g作为催化剂，该过程需要缓慢加入，且通过磁力搅拌5min；将上述混合液加入1000mL的三口瓶中，在70℃条件下加热和磁力搅拌，并伴随回流30min，得到硅质溶胶前驱体第一溶液；往得到的硅质溶胶前驱体第一溶液中加入160g的正硅酸甲酯，继续在70℃条件下加热和磁力搅拌，反应16h，得到硅质溶胶(二氧化硅溶胶)。对所述硅质溶胶进行稀释，蒸出所述硅质溶胶含有的溶剂300g，再加入乙腈600g混合均匀，得到稀释后的硅质溶胶，并对所述稀释后的硅质溶胶进行冷藏备用。
②纳米晶组装过程
将3.7g氧化铝纳米粉溶解于34g乙腈中，搅拌均匀，得到第一混合液，然后往所述第一混合液中加入上述稀释后的二氧化硅溶胶8g作为粘接剂，超声分散20min，得到第二混合液，再往所述第二混合液中加入浓度为0.43mol/L的氨水2g，继续超声20min，制得以氧化物纳米晶为骨架的气凝胶湿凝胶。
③胶凝与老化
将制得的气凝胶湿凝胶置于模具中，静置24h，随后置于60℃烘箱中48h，完成胶凝与老化的过程。
④溶剂置换
将上述完成了胶凝与老化后的凝胶取出后放入10倍体积的乙醇中进行溶剂置换，溶剂置换的时间为3d，该溶剂置换过程重复3次。
⑤超临界干燥，制得气凝胶材料。
⑥热处理过程
将上述气凝胶材料进行随炉升温至1200℃(热处理温度)，升温速率为10℃/min，保温1h(热处理时间)后随炉降温至室温，制得耐高温气凝胶材料。
对实施例1制备的耐高温气凝胶材料进行性能指标检测，结果显示：实施例1制备的耐高温气凝胶材料的密度为0.151g/cm3，孔隙率为90％，孔尺寸为20～40nm，凝胶颗粒的粒径为10～30nm，比表面积为99m2/g(热处理过的比表面积)，耐热温度为1200℃以上。
将超临界干燥后制得的气凝胶材料进行性能测试，与没有经过1200℃热处理1h的气凝胶材料相比，耐高温气凝胶材料的线收缩率为1％，耐热温度大于1200℃，特别说明的是，当在热处理温度下经过热处理后，气凝胶材料的线收缩率大于10％的，表示该气凝胶材料的耐热温度小于该热处理温度。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于：在热处理过程中，热处理温度为1100℃。
实施例3
实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于：在热处理过程中，热处理温度为1300℃，热处理时间为0.5h。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于：热处理时间为3h。
实施例5
实施例5与实施例1基本相同，不同之处在于：热处理时间为5h。
实施例6
实施例6与实施例1基本相同，不同之处在于：热处理时间为10h。
实施例7
实施例7与实施例1基本相同，不同之处在于：用氧化硅纳米粉代替氧化铝纳米粉，热处理温度为1200℃，热处理时间为5h。
实施例8
实施例8与实施例1基本相同，不同之处在于：用氧化锆纳米粉代替氧化铝纳米粉，热处理温度为1300℃，热处理时间为0.5h。
对比例1
对比例1与实施例1基本相同，不同之处在于：无纳米晶组装过程，在溶胶制备过程中，直接称取正硅酸甲酯、氧化铝纳米粉溶于乙腈中，按次序分别加入盐酸和氨水催化剂，充分搅拌均匀，得到气凝胶湿凝胶。
对比例2
对比例2与对比例1基本相同，不同之处在于：热处理的时间为5h。
对比例3
将异丙醇和去离子水的混合溶液通过加热装置升温至65℃，取一定量的仲丁醇铝加入其中，恒温搅拌30分钟待其澄清后，将溶胶冷却至室温。取一定量的醋酸加入上述溶胶。所制得的溶胶与一定比例的丙酮和苯胺的溶液混合。继续搅拌20分钟后静置，即可获得所需湿凝胶。其中仲丁醇铝、去离子水、异丙醇、醋酸、丙酮和苯胺的摩尔比
为1:0.3:3.5:0.1:2.8:2.2。将湿凝胶用少量的酒精覆盖，老化3天，再用酒精替换3次，每次24小时。
将氧化铝湿凝胶放入超临界干燥设备中，取摩尔比为16:1部分水解的铝盐和正硅酸乙酯混合溶液放入高压釜中，在300℃，15MPa下超临界干燥获得氧化铝气凝胶经1200℃高温处理5h降至常温后，将气凝胶放入盛有一定量六甲基二硅胺烷的密闭容器中，静置于室温6天，得到耐高温氧化铝气凝胶材料。其中六甲基二硅胺烷与样品的相对应比例为8mL：1g。
对比例4
对比例4与实施例1基本相同，不同之处在于：将制得以氧化物纳米晶为骨架的气凝胶湿凝胶依次经过胶凝与老化与溶剂置换之后，在300℃，15MPa下超临界干燥获得氧化铝气凝胶，经1200℃高温处理5h降至常温后，将气凝胶放入盛有一定量六甲基二硅胺烷的密闭容器中，静置于室温6天，得到耐高温氧化铝气凝胶材料。其中六甲基二硅胺烷与样品的相对应比例为8mL：1g。
实施例1～8以及对比例1～4中气凝胶材料的性能指标如表1所示。
Figure BDA0001557332030000121
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种耐高温气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）溶胶制备：以有机硅酯为原料、酸性试剂为催化剂以及有机溶剂为分散剂制得硅质溶胶；
（2）纳米晶组装过程：将氧化铝纳米粉溶解于有机溶剂中，得到第一混合液，然后往所述第一混合液中加入步骤（1）制得的硅质溶胶，并进行第一次分散处理，得到第二混合液，再往所述第二混合液中加入碱性试剂作为催化剂，并进行第二次分散处理，制得以氧化铝纳米晶为骨架的气凝胶湿凝胶；
（3）气凝胶材料制备：将步骤（2）制得的气凝胶湿凝胶依次经过胶凝与老化、溶剂置换和干燥的步骤，制得气凝胶材料；和
（4）热处理过程：将步骤（3）制得的气凝胶材料在1100℃~1300℃的条件下热处理0.5~10h，制得具有核壳结构的耐高温气凝胶材料；
在步骤（1）中采用两步法进行溶胶制备：
第一步：将有机硅酯、有机溶剂和酸性试剂混合均匀，并在搅拌的条件下回流10~60min，得到硅质溶胶前驱体第一溶液；和
第二步：往第一步得到的硅质溶胶前驱体第一溶液中加入有机硅酯，得到硅质溶胶前驱体第二溶液，将所述硅质溶胶前驱体第二溶液在搅拌且温度为50~120℃的条件下保持2~24h，得到硅质溶胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
在第一步中，所述酸性试剂的浓度为0.001~0.1mol/L，所述有机硅酯、有机溶剂与酸性试剂的质量比为（50~1000）：（50~1000）：（1~200）；
所述第一步中有机硅酯与所述第二步中有机硅酯的质量比为（50~1000）：（50~1000）。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：
步骤（1）中所述有机硅酯为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；
步骤（1）中所述酸性试剂选自由盐酸、氢氟酸和硝酸组成的组；
步骤（1）中所述有机溶剂选自由甲醇、乙醇、丙酮和乙腈组成的组。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：
步骤（2）中所述碱性试剂为氨水；
所述碱性试剂的浓度为0.1~1mol/L；和/或
步骤（2）中所述有机溶剂选自由甲醇、乙醇、丙酮和乙腈组成的组。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：
步骤（2）中所述氧化铝纳米粉、硅质溶胶、碱性试剂和有机溶剂的质量比为（1~100）：（0.1~60）：（0.1~30）：（10~200）。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：
步骤（2）中所述第一次分散处理和/或所述第二次分散处理为超声分散处理；
所述第一次分散处理的时间为10~60min；
所述第二次分散处理的时间为10~30min。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述胶凝与老化的步骤为：将步骤（2）制得的气凝胶湿凝胶静置12~72h使所述气凝胶湿凝胶发生胶凝反应，然后再置于20~80℃条件下12~72h进行老化与进一步的胶凝反应。
8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：
所述溶剂置换在醇溶剂或酮溶剂中进行；
所述醇溶剂选自由甲醇、乙醇、丙醇和异丙醇组成的组；
所述酮溶剂选自丁酮和丙酮组成的组；
所述溶剂置换的时间为1~5d。
9.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：
所述干燥为超临界干燥。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：
所述干燥为超临界二氧化碳干燥。
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