CN108483452B - 一种低成本块状梯度复合气凝胶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低成本块状梯度复合气凝胶的制备方法，以廉价的硅溶胶、氧化铝溶胶作为硅源和铝源，以无水乙醇、去离子水作为溶剂，结合酸性催化剂，按照一定比例进行混合，通过溶胶‑凝胶、老化和溶剂置换等方法，制备SiO2‑(SiO2‑Al2O3)‑Al2O3梯度复合醇凝胶，再通过简单、低成本的真空干燥法对样品进行干燥处理，最终得到块状梯度复合气凝胶。该制备方法简单、成本低，所制备的复合材料具有耐高温、高孔隙率、高比表面积等特点。在提高复合气凝胶的使用温度和隔热效果方面具有重大的研究价值和应用前景。

Description

一种低成本块状梯度复合气凝胶的制备方法
技术领域
本发明属于具有高效梯度隔热、耐高温、高比表面积等特征无机纳米材料制备的技术领域，涉及一种低成本块状梯度SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合气凝胶的制备方法。
背景技术
气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的一种具有三维纳米网络结构，是一种新型的纳米多孔材料。其具有高的比表面积、高孔隙率、低折射率、超低密度、超强吸附性等特征，所以在热学、光学、电学、声学等方面都具有广泛的应用前景。在热学方面，气凝胶的纳米多孔网络结构能够有效抑制固相热传导和气相传热，具有优异的隔热特征，是目前世界上热导率最低的固态材料，在航天航空、化工冶金、节能建筑等领域具有广阔的应用前景。
据现有国内外报道，传统的单一体系的SiO2气凝胶隔热材料具有诸多的优良特征，但长期稳定使用温度只限于650℃以下，大大制约了SiO2气凝胶材料的应用范围。研究表明，Al2O3气凝胶在具备成型稳定且结构强度大，且耐温性高达1000℃以上，但隔热效果要比SiO2气凝胶材料要差一些。所以，以Al2O3气凝胶作为耐高温层抵抗高温热源，SiO2气凝胶作为高效隔热层，为了更好的解决界面结合问题，在它们两者之间插入界面自愈合过渡层SiO2/Al2O3复合气凝胶，形成了完整一体化的梯度SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合气凝胶隔热材料，该复合材料不仅可以耐高温，而且能达到最佳的隔热效果，具有重大的科研研究价值和广泛的实际应用前景。
发明内容
本发明的目的是为了设计一种气凝胶复合体系，利用Al2O3气凝胶作为耐高温层抵抗高温热源，SiO2气凝胶作为高效隔热层，中间采用界面自愈合过渡层SiO2/Al2O3复合气凝胶解决界面结合问题，提供一种具有耐高温、高效隔热的效果的低成本块状梯度复合气凝胶的制备方法。
本发明的技术方案为：一种低成本块状梯度复合气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将硅溶胶、无水乙醇、去离子水按体积比1：(0.5～2.0)：(0.1～1.0)混合均匀配成溶液，在45～50℃下混合搅拌30～60min，得到澄清的SiO2溶胶溶液，继续加入酸性催化剂，调节溶液pH值为4～6，再将溶胶溶液倒入模具中，薄膜密封，并放置在50～60℃真空干燥箱中3～6h，得到透明的SiO2湿凝胶；
(2)将硅溶胶、氧化铝溶胶、无水乙醇、去离子水按体积比按体积比1：(0.2～5)：(0.5～3.0)：(0.2～2.0)混合均匀配成溶液，在45～50℃下混合搅拌30～60min，继续加入酸性催化剂，调节溶液pH值为4～6，得到澄清的SiO2-Al2O3溶胶溶液，将该SiO2-Al2O3溶胶溶液缓慢倒入步骤(1)模具中的SiO2凝胶的上表面，薄膜密封，并放置在50～60℃真空干燥箱中2～5h，得到透明的SiO2-(SiO2-Al2O3)复合湿凝胶，取出；
(3)将氧化铝溶胶、无水乙醇、去离子水按体积比按体积比1：(0.1～1.0)：(0.2～2.0)混合均匀配成溶液，在45～50℃下混合搅拌30～60min，继续加入酸性催化剂，调节溶液pH值为4～6，得到澄清的Al2O3溶胶溶液，将该Al2O3溶胶溶液缓慢倒入步骤(2)模具中的SiO2-(SiO2-Al2O3)复合凝胶的上表面，薄膜密封，并放置在60～65℃真空干燥箱中1～3h，得到透明的梯度SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合湿凝胶，取出，常温放置，加入老化液，对该复合湿凝胶进行老化处理，得到老化后的梯度SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合湿凝胶；
(4)向步骤(3)中模具中老化后的梯度SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合湿凝胶中加入有机溶剂对复合湿凝胶进行溶剂置换，得到半透明状梯度SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合醇凝胶；
(5)将步骤(4)中处理好的半透明状梯度SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合醇凝胶进行干燥处理，最终得到块状梯度SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合气凝胶。
优选步骤(1)和(2)中所述的硅溶胶颗粒大小为10～20nm，SiO2的质量含量为20～45％。
优选步骤(2)和(3)中所述的氧化铝溶胶为带正电荷的羽毛状纳米氧化铝胶粒分散在水中的胶体溶液，颗粒大小为10～20nm，比表面积大，Al2O3的质量含量为20～30％。
优选步骤(1)、(2)和(3)中所述的酸性催化剂为盐酸、硝酸或高氯酸中的一种。
优选步骤(3)中所述的老化液为正硅酸四乙酯、正硅酸四甲酯、仲丁醇铝或异丙醇铝中的一种或者两种及以上的混合溶液。
优选步骤(3)中老化处理时每12～24h更换一次老化液，更换3～5次；步骤(4)中溶剂置换时每12～24h更换一次有机溶剂，共置换3～5次。
优选步骤(4)中所述的有机溶剂为乙醇、甲醇或丙酮中的一种。
优选步骤(5)中所述的干燥工艺为：真空干燥法，干燥温度为梯度控制升温法，45～55℃，干燥时间为3～8h；60～70℃，干燥时间为5～15h；100～120℃，干燥时间为2～5h。
文献报道的纯SiO2气凝胶材料最高使用温度仅为650℃，该温度下的SiO2气凝胶原有的三维网络结构已经几乎坍塌，比表面积低至50m2/g以下，孔隙率极低，失去了气凝胶材料的隔热保温效果。而块状梯度SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合气凝胶在有氧条件下经过冷面温度仪进行测试，1200℃热源直接接触Al2O3气凝胶，测试时间5h，结果发现：该复合气凝胶材料结构保持完整，具有良好的耐高温性和隔热效果。其中，25℃下热导率小于0.03W/m·K，热面800℃时热导率小于0.07W/m·K，热面1000℃时热导率小于0.08W/m·K，热面1200℃时热导率小于0.1W/m·K。
有益效果：
1、本发明采用真空干燥技术制备了块状梯度SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合气凝胶隔热材料。首先通过简单的溶胶-凝胶法制备出SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合湿凝胶，再利用低成本真空干燥技术制备出耐高温、孔隙均匀、比表面积高的块状梯度SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合气凝胶。
2、在隔热领域应用较多且隔热效果最佳的是硅基气凝胶，热导率可低至0.016W/m·K，但长期使用温度不超过650℃，而铝基等气凝胶具有耐高温1000～1200℃，但隔热效果不及硅基气凝胶。所以本发明以Al2O3气凝胶作为隔热材料的耐高温面，提高复合气凝胶的耐温性，以SiO2-Al2O3复合气凝胶作为界面自愈合过渡层，不仅解决了界面结合问题，而且起到了复合气凝胶的热传递的过渡层的作用，更使得SiO2气凝胶发挥高效的隔热层作用。因此，此发明在提高复合气凝胶的使用温度和隔热效果方面具有重大的研究价值和应用前景。
附图说明
图1是实施例1所制备的SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合气凝胶的SEM照片。
具体实施方式
实例1
将硅溶胶(SiO2颗粒大小为10nm，含量为20wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比1:0.5:0.1混合均匀配成溶液，在45℃下混合搅拌30min，得到澄清的SiO2溶胶溶液，继续加入盐酸，调节溶液pH值为4，再将溶胶溶液倒入模具中，薄膜密封，并放置在50℃真空干燥箱中3h，得到透明的SiO2湿凝胶；再将硅溶胶(SiO2颗粒大小为10nm，含量为20wt％)、氧化铝溶胶(Al2O3颗粒大小为10nm，含量为20wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比按体积比1:0.2:0.5:0.2混合均匀配成溶液，在45℃下混合搅拌30min，继续加入盐酸，调节溶液pH值为4，将该SiO2/Al2O3溶胶溶液缓慢倒入上述模具中SiO2凝胶的上表面，薄膜密封，并放置在50℃真空干燥箱中2h，得到透明的SiO2-SiO2/Al2O3复合湿凝胶；再将氧化铝溶胶(Al2O3颗粒大小为10nm，含量为20wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比按体积比1:0.1:0.2混合均匀配成溶液，在45℃下混合搅拌30min，继续加入盐酸，调节溶液pH值为4，将该Al2O3溶胶溶液缓慢倒入步骤上述模具中SiO2-SiO2/Al2O3复合凝胶的上表面，薄膜密封，并放置在60℃真空干燥箱中1h，得到透明的梯度SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合湿凝胶，常温放置，以正硅酸四乙酯为老化液，对该复合湿凝胶进行老化处理，每24h更换一次，更换3次，得到老化后的梯度SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合湿凝胶。再向模具中样品加入乙醇溶剂，溶剂置换3次，每次24h，最终得到透明的SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合醇凝胶。再将SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合醇凝胶放入真空干燥箱中进行梯度升温干燥，采用45℃干燥3h，60℃干燥10h，100℃干燥5h，最终得到SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合气凝胶。所制备的SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合气凝胶的SEM照片如图1所示。经过表征发现，该复合气凝胶的25℃下热导率为0.023W/m·K，热面800℃时热导率为0.063W/m·K，热面1000℃时热导率为0.076W/m·K，热面1200℃时热导率为0.094W/m·K。
实例2
将硅溶胶(SiO2颗粒大小为20nm，含量为45wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比1:2:1混合均匀配成溶液，在50℃下混合搅拌60min，得到澄清的SiO2溶胶溶液，继续加入盐酸，调节溶液pH值为6，再将溶胶溶液倒入模具中，薄膜密封，并放置在60℃真空干燥箱中6h，得到透明的SiO2湿凝胶；再将硅溶胶(SiO2颗粒大小为20nm，含量为45wt％)、氧化铝溶胶(Al2O3颗粒大小为20nm，含量为30wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比按体积比1:5:3:2混合均匀配成溶液，在50℃下混合搅拌60min，继续加入盐酸，调节溶液pH值为6，将该SiO2/Al2O3溶胶溶液缓慢倒入上述模具中SiO2凝胶的上表面，薄膜密封，并放置在60℃真空干燥箱中5h，得到透明的SiO2-SiO2/Al2O3复合湿凝胶；再将氧化铝溶胶(Al2O3颗粒大小为20nm，含量为30wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比按体积比1:1:2混合均匀配成溶液，在50℃下混合搅拌60min，继续加入盐酸，调节溶液pH值为6，将该Al2O3溶胶溶液缓慢倒入步骤上述模具中SiO2-SiO2/Al2O3复合凝胶的上表面，薄膜密封，并放置在65℃真空干燥箱中3h，得到透明的梯度SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合湿凝胶，常温放置，以正硅酸四乙酯和仲丁醇铝混合溶液为老化液，对该复合湿凝胶进行老化处理，每12h更换一次，更换5次，得到老化后的梯度SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合湿凝胶。再向模具中样品加入乙醇溶剂，溶剂置换5次，每次12h，最终得到透明的SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合醇凝胶。再将SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合醇凝胶放入真空干燥箱中进行梯度升温干燥，采用55℃干燥8h，70℃干燥5h，120℃干燥2h，最终得到SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合气凝胶。经过表征发现，该复合气凝胶的25℃下热导率为0.025W/m·K，热面800℃时热导率为0.067W/m·K，热面1000℃时热导率为0.077W/m·K，热面1200℃时热导率为0.095W/m·K。
实例3
将硅溶胶(SiO2颗粒大小为15nm，含量为30wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比1:1:0.5混合均匀配成溶液，在45℃下混合搅拌50min，得到澄清的SiO2溶胶溶液，继续加入硝酸，调节溶液pH值为5，再将溶胶溶液倒入模具中，薄膜密封，并放置在55℃真空干燥箱中4h，得到透明的SiO2湿凝胶；再将硅溶胶(SiO2颗粒大小为15nm，含量为30wt％)、氧化铝溶胶(Al2O3颗粒大小为15nm，含量为25wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比按体积比1:1:1:1混合均匀配成溶液，在50℃下混合搅拌60min，继续加入硝酸，调节溶液pH值为5，将该SiO2/Al2O3溶胶溶液缓慢倒入上述模具中SiO2凝胶的上表面，薄膜密封，并放置在50℃真空干燥箱中3h，得到透明的SiO2-SiO2/Al2O3复合湿凝胶；再将氧化铝溶胶(Al2O3颗粒大小为15nm，含量为25wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比按体积比1:0.5:1混合均匀配成溶液，在50℃下混合搅拌45min，继续加入硝酸，调节溶液pH值为5，将该Al2O3溶胶溶液缓慢倒入步骤上述模具中SiO2-SiO2/Al2O3复合凝胶的上表面，薄膜密封，并放置在60℃真空干燥箱中2h，得到透明的梯度SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合湿凝胶，常温放置，以正硅酸四甲酯与异丙醇铝的混合溶液为老化液，对该复合湿凝胶进行老化处理，每18h更换一次，更换4次，得到老化后的梯度SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合湿凝胶。再向模具中样品加入甲醇溶剂，溶剂置换4次，每次18h，最终得到透明的SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合醇凝胶。再将SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合醇凝胶放入真空干燥箱中进行梯度升温干燥，采用50℃干燥5h，65℃干燥15h，110℃干燥3h，最终得到SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合气凝胶。经过表征发现，该复合气凝胶的25℃下热导率为0.024W/m·K，热面800℃时热导率为0.062W/m·K，热面1000℃时热导率为0.072W/m·K，热面1200℃时热导率为0.091W/m·K。
实例4
将硅溶胶(SiO2颗粒大小为12nm，含量为25wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比1:1.5:0.8混合均匀配成溶液，在45℃下混合搅拌40min，得到澄清的SiO2溶胶溶液，继续加入硝酸，调节溶液pH值为6，再将溶胶溶液倒入模具中，薄膜密封，并放置在55℃真空干燥箱中5h，得到透明的SiO2湿凝胶；再将硅溶胶(SiO2颗粒大小为12nm，含量为25wt％)、氧化铝溶胶(Al2O3颗粒大小为12nm，含量为23wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比按体积比1:2:1.5:1.5混合均匀配成溶液，在50℃下混合搅拌50min，继续加入硝酸，调节溶液pH值为6，将该SiO2/Al2O3溶胶溶液缓慢倒入上述模具中SiO2凝胶的上表面，薄膜密封，并放置在50℃真空干燥箱中4h，得到透明的SiO2-SiO2/Al2O3复合湿凝胶；再将氧化铝溶胶(Al2O3颗粒大小为12nm，含量为23wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比按体积比1:0.8:0.6混合均匀配成溶液，在45℃下混合搅拌60min，继续加入硝酸，调节溶液pH值为6，将该Al2O3溶胶溶液缓慢倒入步骤上述模具中SiO2-SiO2/Al2O3复合凝胶的上表面，薄膜密封，并放置在65℃真空干燥箱中1.5h，得到透明的梯度SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合湿凝胶，常温放置，以仲丁醇铝为老化液为老化液，对该复合湿凝胶进行老化处理，每20h更换一次，更换4次，得到老化后的梯度SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合湿凝胶。再向模具中样品加入甲醇溶剂，溶剂置换3次，每次24h，最终得到透明的SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合醇凝胶。再将SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合醇凝胶放入真空干燥箱中进行梯度升温干燥，采用48℃干燥6h，60℃干燥12h，120℃干燥4h，最终得到SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合气凝胶。经过表征发现，该复合气凝胶的25℃下热导率为0.024W/m·K，热面800℃时热导率为0.066W/m·K，热面1000℃时热导率为0.078W/m·K，热面1200℃时热导率为0.098W/m·K。
实例5
将硅溶胶(SiO2颗粒大小为18nm，含量为40wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比1:0.9:0.6混合均匀配成溶液，在45℃下混合搅拌30min，得到澄清的SiO2溶胶溶液，继续加入高氯酸，调节溶液pH值为4，再将溶胶溶液倒入模具中，薄膜密封，并放置在55℃真空干燥箱中3h，得到透明的SiO2湿凝胶；再将硅溶胶(SiO2颗粒大小为18nm，含量为40wt％)、氧化铝溶胶(Al2O3颗粒大小为18nm，含量为28wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比按体积比1:4:2.5:1.6混合均匀配成溶液，在50℃下混合搅拌40min，继续加入高氯酸，调节溶液pH值为5，将该SiO2/Al2O3溶胶溶液缓慢倒入上述模具中SiO2凝胶的上表面，薄膜密封，并放置在55℃真空干燥箱中3h，得到透明的SiO2-SiO2/Al2O3复合湿凝胶；再将氧化铝溶胶(Al2O3颗粒大小为18nm，含量为28wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比按体积比1:0.4:1.2混合均匀配成溶液，在45℃下混合搅拌60min，继续加入高氯酸，调节溶液pH值为5，将该Al2O3溶胶溶液缓慢倒入步骤上述模具中SiO2-SiO2/Al2O3复合凝胶的上表面，薄膜密封，并放置在65℃真空干燥箱中1.5h，得到透明的梯度SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合湿凝胶，常温放置，以正硅酸四乙酯与异丙醇铝的混合溶液为老化液，对该复合湿凝胶进行老化处理，每15h更换一次，更换5次，得到老化后的梯度SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合湿凝胶。再向模具中样品加入丙酮溶剂，溶剂置换4次，每次20h，最终得到透明的SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合醇凝胶。再将SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合醇凝胶放入真空干燥箱中进行梯度升温干燥，采用50℃干燥7h，70℃干燥7h，100℃干燥4h，最终得到SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合气凝胶。经过表征发现，该复合气凝胶的25℃下热导率为0.024W/m·K，热面800℃时热导率为0.065W/m·K，热面1000℃时热导率为0.074W/m·K，热面1200℃时热导率为0.093W/m·K。
实例6
将硅溶胶(SiO2颗粒大小为16nm，含量为28wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比1:1.4:0.7混合均匀配成溶液，在45℃下混合搅拌60min，得到澄清的SiO2溶胶溶液，继续加入高氯酸，调节溶液pH值为5，再将溶胶溶液倒入模具中，薄膜密封，并放置在55℃真空干燥箱中4h，得到透明的SiO2湿凝胶；再将硅溶胶(SiO2颗粒大小为16nm，含量为28wt％)、氧化铝溶胶(Al2O3颗粒大小为16nm，含量为22wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比按体积比1:3.5:2.5:1.8混合均匀配成溶液，在50℃下混合搅拌30min，继续加入高氯酸，调节溶液pH值为5，将该SiO2/Al2O3溶胶溶液缓慢倒入上述模具中SiO2凝胶的上表面，薄膜密封，并放置在50℃真空干燥箱中4.5h，得到透明的SiO2-SiO2/Al2O3复合湿凝胶；再将氧化铝溶胶(Al2O3颗粒大小为16nm，含量为22wt％)、无水乙醇、去离子水按体积比按体积比1:0.3:1.2混合均匀配成溶液，在50℃下混合搅拌50min，继续加入高氯酸，调节溶液pH值为4，将该Al2O3溶胶溶液缓慢倒入步骤上述模具中SiO2-SiO2/Al2O3复合凝胶的上表面，薄膜密封，并放置在60℃真空干燥箱中2h，得到透明的梯度SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合湿凝胶，常温放置，以正硅酸四甲酯与仲丁醇铝的混合溶液为老化液，对该复合湿凝胶进行老化处理，每20h更换一次，更换3次，得到老化后的梯度SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合湿凝胶。再向模具中样品加入丙酮溶剂，溶剂置换5次，每次15h，最终得到透明的SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合醇凝胶。再将SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合醇凝胶放入真空干燥箱中进行梯度升温干燥，采用55℃干燥4h，65℃干燥12h，120℃干燥2h，最终得到SiO2-SiO2/Al2O3-Al2O3复合气凝胶。经过表征发现，该复合气凝胶的25℃下热导率为0.026W/m·K，热面800℃时热导率为0.068W/m·K，热面1000℃时热导率为0.079W/m·K，热面1200℃时热导率为0.097W/m·K。

Claims (8)

1.一种低成本块状梯度复合气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将硅溶胶、无水乙醇、去离子水按体积比1：(0.5～2.0)：(0.1～1.0)混合均匀配成溶液，在45～50℃下混合搅拌30～60min，得到澄清的SiO2溶胶溶液，继续加入酸性催化剂，调节溶液pH值为4～6，再将溶胶溶液倒入模具中，薄膜密封，并放置在50～60℃真空干燥箱中3～6h，得到透明的SiO2湿凝胶；
(2)将硅溶胶、氧化铝溶胶、无水乙醇、去离子水按体积比按体积比1：(0.2～5)：(0.5～3.0)：(0.2～2.0)混合均匀配成溶液，在45～50℃下混合搅拌30～60min，继续加入酸性催化剂，调节溶液pH值为4～6，得到澄清的SiO2-Al2O3溶胶溶液，将该SiO2-Al2O3溶胶溶液缓慢倒入步骤(1)模具中的SiO2凝胶的上表面，密封，并放置在50～60℃真空干燥箱中2～5h，得到透明的SiO2-(SiO2-Al2O3)复合湿凝胶，取出；
(3)将氧化铝溶胶、无水乙醇、去离子水按体积比按体积比1：(0.1～1.0)：(0.2～2.0)混合均匀配成溶液，在45～50℃下混合搅拌30～60min，继续加入酸性催化剂，调节溶液pH值为4～6，得到澄清的Al2O3溶胶溶液，将该Al2O3溶胶溶液缓慢倒入步骤(2)模具中的SiO2-(SiO2-Al2O3)复合凝胶的上表面，密封，并放置在60～65℃真空干燥箱中1～3h，得到透明的梯度SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合湿凝胶，取出，放置，加入老化液，对该复合湿凝胶进行老化处理，得到老化后的梯度SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合湿凝胶；
(4)向步骤(3)中模具中老化后的梯度SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合湿凝胶中加入有机溶剂对复合湿凝胶进行溶剂置换，得到半透明状梯度SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合醇凝胶；
(5)将步骤(4)中处理好的半透明状梯度SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合醇凝胶进行干燥处理，最终得到块状梯度SiO2-(SiO2-Al2O3)-Al2O3复合气凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)和(2)中所述的硅溶胶颗粒大小为10～20nm，SiO2的质量含量为20～45％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)和(3)中所述的氧化铝溶胶，颗粒大小为10～20nm，Al2O3的质量含量为20～30％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)、(2)和(3)中所述的酸性催化剂为盐酸、硝酸或高氯酸中的一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的老化液为正硅酸四乙酯、正硅酸四甲酯、仲丁醇铝或异丙醇铝中的一种或者两种及以上的混合溶液。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中老化处理时每12～24h更换一次老化液，更换3～5次；步骤(4)中溶剂置换时每12～24h更换一次有机溶剂，共置换3～5次。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述的有机溶剂为乙醇、甲醇或丙酮中的一种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)中所述的干燥工艺为：真空干燥法，干燥温度为梯度控制升温法，45～55℃，干燥时间为3～8h；60～70℃，干燥时间为5～15h；100～120℃，干燥时间为2～5h。
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