CN114524638B - 一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114524638B
CN114524638B CN202210213909.XA CN202210213909A CN114524638B CN 114524638 B CN114524638 B CN 114524638B CN 202210213909 A CN202210213909 A CN 202210213909A CN 114524638 B CN114524638 B CN 114524638B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aerogel
nano
fiber
oxide
nanofiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210213909.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114524638A (zh
Inventor
杨丽霞
丁扬
吴琼
陈照峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN202210213909.XA priority Critical patent/CN114524638B/zh
Publication of CN114524638A publication Critical patent/CN114524638A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114524638B publication Critical patent/CN114524638B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B26/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
    • C04B26/02—Macromolecular compounds
    • C04B26/026—Proteins or derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B26/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
    • C04B26/02—Macromolecular compounds
    • C04B26/28—Polysaccharides or derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0045—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by a process involving the formation of a sol or a gel, e.g. sol-gel or precipitation processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
    • C04B38/0605—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances by sublimating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
    • C04B41/5035—Silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/60—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only artificial stone
    • C04B41/61—Coating or impregnation
    • C04B41/65—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/20—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/30—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for heat transfer properties such as thermal insulation values, e.g. R-values
    • C04B2201/32—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for heat transfer properties such as thermal insulation values, e.g. R-values for the thermal conductivity, e.g. K-factors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Abstract

本发明公开了一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料及其制备方法。由纳米纤维气凝胶和氧化物气凝胶组成，纳米纤维气凝胶质量分数为60～90％，纳米纤维气凝胶为纳米氧化硅纤维、纳米氧化铝纤维、碳化硅纳米线、碳纳米管、凹凸棒土纳米棒晶气凝胶中的一种或多种，氧化物气凝胶为氧化铝、氧化硅、氧化锆气凝胶中的一种或多种。该材料以定向凝固与冷冻干燥技术制备的三维纳米纤维气凝胶为增强体，并复合氧化物气凝胶，获得层状纤维支撑框架和纳米孔气凝胶复合的双网络结构，通过微纳分级孔隙内嵌纳米孔隙获得超低热导率，纤维交联网络结构显著提高气凝胶复合材料力学性能(压缩强度、压缩模量)，在高温隔热领域有重要使用价值。

Description

一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种气凝胶及其制备方法，特别涉及一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料及其制备方法。
背景技术
氧化物气凝胶是一种纳米多孔非晶的轻质固体材料，具有多孔的三维立体结构，因其超低密度、超低导热、低介电、高降噪等优异性能，在绝热、催化、节能、航空航天等领域具有广泛的应用。但是氧化物气凝胶是由超细纳米粒子相互堆积形成的三维骨架结构，颗粒间相互连接的作用弱，导致了其力学强度低、韧性不足、易碎裂等缺点，使用过程中不仅易出现结构坍塌，而且伴随有一定程度的粉尘释放，所以单纯的氧化物气凝胶很难满足实际使用的需求，需要对其进行增强改性。
纳米纤维作为一种直径小、长径比大的一维材料，具有良好的结构连续性，因此，以纳米纤维为基本单元，将其组装成具有分层网络结构的高孔隙率气凝胶，再复合氧化物气凝胶，可有效提升氧化物气凝胶力学性能，改善脆性问题。
申请号为CN201810672858.0的中国发明专利公开了一种疏水型二氧化硅/聚酰亚胺气凝胶复合材料及制备方法，以聚酰亚胺气凝胶为基体，作为复合隔热材料的骨架，起着增强支撑作用，提高了复合隔热材料的力学强度。但是聚酰亚胺气凝胶本身虽具备轻质、隔热等特性但力学性能仍有不足，以聚酰亚胺气凝胶改性的二氧化硅气凝胶使用范围受到限制。并且该方法生产成本较高，不利于商业上的应用。申请号为CN202010051923.5的中国发明专利公开了一种短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法，该方法包括取硅源、溶剂一、酸性催化剂、化学干燥控制添加剂、碱性催化剂、溶剂二、短切玻璃纤维混合后保温形成复合湿凝胶，将制备的复合湿凝胶放入反应釜并添加老化液进行老化，然后密闭保温；加入交换溶剂至少两次以上并保温使湿凝胶形成气凝胶；加入表面改性剂并保温进行表面改性；加入交换溶剂并保温；进行常压干燥，得到二氧化硅气凝胶复合材料。所述的溶剂一或溶剂二包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、乙酰乙酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯中的一种或多种。此方法制备的短切玻璃纤维二氧化硅气凝胶复合材料有较高的力学性能和结构稳定性，但是以较粗的微米级短切玻璃纤维作为第二相增强材料，会导致复合材料密度过大，导热系数增加，隔热性能无法得到保证，在高温隔热领域会受到很大限制。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料，其特征在于包括纳米纤维气凝胶和氧化物气凝胶，纳米纤维气凝胶质量分数为60～90％；所述的纳米纤维直径为20～70nm，长度为0.5～5μm；所述的纳米纤维气凝胶具有多级胞腔结构，孔径尺寸为10～100μm，孔隙率为75～99％，密度为20～60kg/m3；所述的纳米纤维气凝胶为纳米氧化硅纤维、纳米氧化铝纤维、碳化硅纳米线、碳纳米管、凹凸棒土纳米棒晶气凝胶中的一种或多种；所述的氧化物气凝胶为氧化铝、氧化硅、氧化锆气凝胶中的一种或多种。
一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法包括以下顺序步骤：
(1)将纳米纤维加入去离子水，经超声分散形成分散液，去杂后在分散液中加入氢氧化钠和生物质粘结剂，并进一步搅拌，形成胶体溶液，其中：纳米纤维、去离子水、氢氧化钠与生物质粘结剂的质量比为1∶(5～20)∶(0.02～0.2)∶(0.4～2)，粘结剂为魔芋葡甘露聚糖、明胶、海藻酸钠、琼脂、壳聚糖中的一种或多种；
(2)将步骤(1)中的胶体溶液倒入模具，模具底座浸入液氮溶液中，经液氮定向凝固后，再冷冻干燥得到纳米纤维气凝胶，冷冻干燥温度为-90～-10℃、冷冻干燥时间为1～8天；
(3)将步骤(2)中的纳米纤维气凝胶浸渍在醇盐前驱体溶液中，添加催化剂，经水解缩聚老化形成凝胶，其中：醇盐、乙醇、去离子水、催化剂的质量比为1∶(0～10)∶(10～25)∶(0.01～0.1)，催化剂为酸性或碱性催化剂；
(4)将步骤(3)中的凝胶放入反应釜，采用超临界干燥工艺，以液态二氧化碳为干燥介质，在一定压力和温度下循环替换釜中以及凝胶内部的溶剂，通过分离器将乙醇和二氧化碳分离。控制反应釜内温度为20～60℃，压力为5～20MPa，保压时间0.5～5h，循环3～6次，即得到高强度超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料。
一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括以下顺序步骤：
(1)在醇盐前驱体溶液中加入催化剂，经水解缩聚老化形成凝胶，其中：醇盐、乙醇、去离子水、催化剂的质量比为1∶(0～10)∶(10～25)∶(0.01～0.1)，催化剂为酸性或碱性催化剂；
(2)将步骤(1)中的凝胶放入反应釜，采用超临界干燥工艺，以液态二氧化碳为干燥介质，在一定压力和温度下循环替换釜中以及凝胶内部的溶剂，通过分离器将乙醇和二氧化碳分离。控制反应釜内温度为20～60℃，压力为5～20MPa，保压时间0.5～5h，循环3～6次，得到氧化物气凝胶；
(3)将步骤(2)中的氧化物气凝胶粉碎成纳米粉体，加入纳米纤维和去离子水，经超声分散形成分散液，去杂后在分散液中加入催化剂、生物质粘结剂，形成胶体溶液，其中：纳米纤维、氧化物纳米粉末、去离子水、催化剂与生物质粘结剂的质量比为1∶(0.05～0.4)∶(5～20)∶(0.02～0.2)∶(0.4～2)，催化剂为酸性或碱性催化剂，粘结剂为魔芋葡甘露聚糖、明胶、海藻酸钠、琼脂、壳聚糖中的一种或多种；
(4)将步骤(3)中的胶体溶液倒入模具，模具底座浸入液氮溶液中，经液氮定向凝固后，再冷冻干燥得到纳米纤维气凝胶，冷冻干燥温度为-90～-10℃、冷冻干燥时间为1～8天；
优选的，所述的醇盐前驱体溶液为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丁酯、正硅酸异丙酯、烷基烷氧基硅烷、四氯化锆、锆酸四丁酯、正丙醇锆、异丙醇铝、仲丁醇铝、硝酸铝中的一种或多与水和乙醇的混合溶液。
优选的，所述的纳米纤维为纳米氧化硅纤维、纳米氧化铝纤维、碳化硅纳米线、碳纳米管、凹凸棒土纳米棒晶中的一种或多种。
有益效果
(1)采用生物质粘结剂，可显著降低制备成本，绿色环保。
(2)以定向凝固与冷冻干燥技术制备的三维纳米纤维气凝胶为增强体，并复合氧化物气凝胶，获得层状纤维支撑框架和纳米孔气凝胶复合的双网络结构，通过微纳分级孔隙内嵌纳米孔隙获得超低热导率，纤维交联网络结构显著提高气凝胶复合材料力学性能(压缩强度、压缩模量)
(3)采用超临界干燥工艺，超临界二氧化碳流体完全取代凝胶孔洞中的溶剂而不破坏凝胶的网络结构，可得到完整的块状气凝胶。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料，其特征在于包括纳米纤维气凝胶和氧化物气凝胶，纳米纤维气凝胶质量分数为70％，制备方法包括以下顺序步骤：
(1)将凹凸棒土纳米棒晶加入去离子水，经超声分散形成分散液，去杂后在分散液中加入氢氧化钠和明胶，并进一步搅拌，形成胶体溶液，其中：凹凸棒土纳米棒晶、去离子水、氢氧化钠、明胶的质量比为1∶18∶0.04∶0.8；
(2)将步骤(1)中的胶体溶液倒入模具，经冷冻干燥后得到凹凸棒土纳米棒晶气凝胶，冷冻干燥温度为-50℃、冷冻干燥时间为4天；
(3)将步骤(2)中的凹凸棒土纳米棒晶气凝胶浸渍在正硅酸乙酯、乙醇、去离子水配置成的混合溶液中，添加盐酸作为催化剂，经水解缩聚老化形成凝胶，其中：正硅酸乙酯、乙醇、去离子水、盐酸的质量比为1∶8∶20∶0.05；
(4)将步骤(3)中的凝胶放入反应釜，采用超临界干燥工艺，以液态二氧化碳为干燥介质，在一定压力和温度下循环替换釜中以及凝胶内部的溶剂，通过分离器将乙醇和二氧化碳分离。控制反应釜内温度为40℃，压力为10MPa，保压时间3h，循环4次，即得到凹凸棒土增强氧化物气凝胶复合材料。
该实施例制备的纳米纤维气凝胶复合材料热导率为0.0196W/(m·k)，密度为39kg/m3，与纯二氧化硅气凝胶相比压缩强度高出800％，压缩模量高出500％。
实施例2
一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料，其特征在于包括纳米纤维气凝胶和氧化物气凝胶，纳米纤维气凝胶质量分数为75％，制备方法包括以下顺序步骤：
(1)在正硅酸乙酯、乙醇、去离子水配置成的混合溶液中加入草酸，经水解缩聚老化形成凝胶，其中：醇盐、乙醇、去离子水、草酸的质量比为1∶7∶19∶0.04；
(2)将步骤(1)中的凝胶放入反应釜，采用超临界干燥工艺，以液态二氧化碳为干燥介质，在一定压力和温度下循环替换釜中以及凝胶内部的溶剂，通过分离器将乙醇和二氧化碳分离。控制反应釜内温度为20～60℃，压力为5～20MPa，保压时间0.5～5h，循环3～6次，得到二氧化硅气凝胶；
(3)将步骤(2)中的氧化物气凝胶粉碎成纳米粉体，加入碳化硅纳米线和去离子水，经超声分散形成分散液，去杂后在分散液中加入氨水、明胶，形成胶体溶液，其中：碳化硅纳米线、二氧化硅纳米粉末、去离子水、氨水与明胶的质量比为1∶0.2∶18∶0.06∶0.7；
(4)将步骤(3)中的胶体溶液倒入模具，模具底座浸入液氮溶液中，经液氮定向凝固后，再冷冻干燥得到纳米纤维气凝胶，冷冻干燥温度为-50℃、冷冻干燥时间为5天；
该实施例制备的纳米纤维气凝胶复合材料热导率为0.0185W/(m·k)，密度为32kg/m3，与纯二氧化硅气凝胶相比压缩强度高出1000％，压缩模量高出600％。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料，其特征在于包括纳米纤维气凝胶和氧化物气凝胶，纳米纤维气凝胶质量分数为60～90％，纳米纤维直径为20～70nm，纤维长度为0.5～5μm，复合材料孔隙率为75～99％，密度为20～60kg/m 3；所述的纳米纤维气凝胶为纳米氧化硅纤维气凝胶、纳米氧化铝纤维气凝胶、碳化硅纳米线气凝胶、碳纳米管气凝胶、凹凸棒土纳米棒晶气凝胶中的一种或多种；所述的氧化物气凝胶为氧化铝气凝胶、氧化硅气凝胶、氧化锆气凝胶中的一种或多种，其特征在于所述制备方法包括以下顺序步骤：
(1)将纳米纤维加入去离子水，经超声分散形成分散液，去杂后在分散液中加入氢氧化钠和生物质粘结剂，并进一步搅拌，形成胶体溶液，其中：纳米纤维、去离子水、氢氧化钠与生物质粘结剂的质量比为1∶(5～20)∶(0.02～0.2)∶(0.4～2)，粘结剂为魔芋葡甘露聚糖、明胶、海藻酸钠、琼脂、壳聚糖中的一种或多种；
(2)将步骤(1)中的胶体溶液倒入模具，模具底座浸入液氮溶液中，经液氮定向凝固后，再冷冻干燥得到纳米纤维气凝胶，冷冻干燥温度为-90～-10℃、冷冻干燥时间为1～8天；
(3)将步骤(2)中的纳米纤维气凝胶浸渍在醇盐前驱体溶液中，添加催化剂，经水解缩聚老化形成凝胶，其中：醇盐、乙醇、去离子水、催化剂的质量比为1∶(0～10)∶(10～25)∶(0.01～0.1)，催化剂为酸性或碱性催化剂；
(4)将步骤(3)中的凝胶放入反应釜，采用超临界干燥工艺，以液态二氧化碳为干燥介质，在一定压力和温度下循环替换釜中以及凝胶内部的溶剂，通过分离器将乙醇和二氧化碳分离，控制反应釜内温度为20～60℃，压力为5～20MPa，保压时间0.5～5h，循环3～6次，即得到高强度超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料。
2.一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料，其特征在于包括纳米纤维气凝胶和氧化物气凝胶，纳米纤维气凝胶质量分数为60～90％，纳米纤维直径为20～70nm，纤维长度为0.5～5μm，复合材料孔隙率为75～99％，密度为20～60kg/m 3；所述的纳米纤维气凝胶为纳米氧化硅纤维气凝胶、纳米氧化铝纤维气凝胶、碳化硅纳米线气凝胶、碳纳米管气凝胶、凹凸棒土纳米棒晶气凝胶中的一种或多种；所述的氧化物气凝胶为氧化铝气凝胶、氧化硅气凝胶、氧化锆气凝胶中的一种或多种，其特征在于所述的制备方法包括以下顺序步骤：
(1)在醇盐前驱体溶液中加入催化剂，经水解缩聚老化形成凝胶，其中：醇盐、乙醇、去离子水、催化剂的质量比为1∶(0～10)∶(10～25)∶(0.01～0.1)，催化剂为酸性或碱性催化剂；
(2)将步骤(1)中的凝胶放入反应釜，采用超临界干燥工艺，以液态二氧化碳为干燥介质，在一定压力和温度下循环替换釜中以及凝胶内部的溶剂，通过分离器将乙醇和二氧化碳分离，控制反应釜内温度为20～60℃，压力为5～20MPa，保压时间0.5～5h，循环3～6次，得到氧化物气凝胶；
(3)将步骤(2)中的氧化物气凝胶粉碎成纳米粉体，加入纳米纤维和去离子水，经超声分散形成分散液，去杂后在分散液中加入催化剂、生物质粘结剂，形成胶体溶液，其中：纳米纤维、氧化物纳米粉末、去离子水、催化剂与生物质粘结剂的质量比为1∶(0.05～0.4)∶(5～20)∶(0.02～0.2)∶(0.4～2)，催化剂为酸性或碱性催化剂，粘结剂为魔芋葡甘露聚糖、明胶、海藻酸钠、琼脂、壳聚糖中的一种或多种；
(4)将步骤(3)中的胶体溶液倒入模具，模具底座浸入液氮溶液中，经液氮定向凝固后，再冷冻干燥得到纳米纤维气凝胶，冷冻干燥温度为-90～-10℃、冷冻干燥时间为1～8天。
3.根据权利要求2所述的一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的纳米纤维为纳米氧化硅纤维、纳米氧化铝纤维、碳化硅纳米线、碳纳米管、凹凸棒土纳米棒晶中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的醇盐前驱体溶液为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丁酯、正硅酸异丙酯、烷基烷氧基硅烷、四氯化锆、锆酸四丁酯、正丙醇锆、异丙醇铝、仲丁醇铝、硝酸铝中的一种或多与水和乙醇的混合溶液。
CN202210213909.XA 2022-03-04 2022-03-04 一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料及其制备方法 Active CN114524638B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210213909.XA CN114524638B (zh) 2022-03-04 2022-03-04 一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210213909.XA CN114524638B (zh) 2022-03-04 2022-03-04 一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114524638A CN114524638A (zh) 2022-05-24
CN114524638B true CN114524638B (zh) 2022-12-16

Family

ID=81627355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210213909.XA Active CN114524638B (zh) 2022-03-04 2022-03-04 一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114524638B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116023165A (zh) * 2022-12-09 2023-04-28 中国科学院工程热物理研究所 一种纳米二氧化硅纤维增强氧化铝气凝胶复合材料的制备方法
CN115871289A (zh) * 2023-01-06 2023-03-31 中国航空制造技术研究院 一种高强度氧化物纳米纤维多孔热防护材料及其制备方法
CN116606481B (zh) * 2023-05-04 2023-11-28 安徽省安瑞机电科技有限公司 隔热气凝胶复合材料及其在传感器外壳中的应用
CN116631707B (zh) * 2023-07-24 2023-11-03 尤尼梅特电线电缆(苏州)有限公司 一种耐老化防火电力电缆及其制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106747628B (zh) * 2017-02-22 2020-02-04 南京航空航天大学 一种耐高温泡沫增强SiO2气凝胶绝热材料及其制备方法
WO2019075274A1 (en) * 2017-10-11 2019-04-18 University Of Utah Research Foundation METHODS OF MANUFACTURING PERMEABLE AEROGELS
CN108467253A (zh) * 2018-01-20 2018-08-31 南京航空航天大学 一种碳化硅纳米线预制体增强氧化铝气凝胶材料及其制备方法
CN110818383A (zh) * 2018-08-14 2020-02-21 天津城建大学 m-HNTs-三氧化二铝-二氧化硅复合气凝胶及其制备方法和应用
CN111268995A (zh) * 2019-11-19 2020-06-12 重庆文理学院 一种蜂窝状纳米孔结构复合隔热材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114524638A (zh) 2022-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114524638B (zh) 一种超低热导率纳米纤维气凝胶复合材料及其制备方法
CN108840656B (zh) 一种基于静电纺SiO2纳米纤维气凝胶隔热材料及其制备和应用
CN113416054B (zh) 一种具有双重防护性能的二氧化硅纳米纤维/MXene复合气凝胶制备方法
CN101041770A (zh) 一种耐高温氧化铝气凝胶隔热复合材料及其制备方法
Liu et al. Recent advances in novel aerogels through the hybrid aggregation of inorganic nanomaterials and polymeric fibers for thermal insulation
CN104446306A (zh) 一种亚微米无机晶须气凝胶隔热复合材料及其制备方法
CN110548459B (zh) 一种块状纤维素-氧化铝复合气凝胶的制备方法
Yang et al. A novel way to fabricate fibrous mullite ceramic using sol-gel vacuum impregnation
CN112830761B (zh) 耐高温、高强度Al2O3气凝胶复合材料及其制备方法
CN115849949B (zh) 高强度低热导率陶瓷气凝胶材料的制备方法
CN109487537A (zh) 一种高强度纤维素/SiO2复合气凝胶长纤维及其制备方法
CN111807810A (zh) 一种纳米线/硅铝气凝胶复合材料的制备方法
CN114349526A (zh) 一种具有曲折连续相结构的陶瓷纳米纤维气凝胶及其制备方法
CN107313297A (zh) 疏水性保温隔热纸及其制备方法
CN108840671A (zh) 具有多尺度结构的二氧化硅隔热材料的制备方法及产品
CN113831581A (zh) 一种高弹性抗辐射纳米纤维气凝胶材料及其制备方法
CN111848140A (zh) 一种氧化铝纳米线气凝胶隔热材料及其制备方法
CN111943704A (zh) 一种可重复使用的耐高温纳米晶气凝胶材料及其制备方法
Dong et al. Fabrication and properties of lightweight SiOC fiber-based assembly aerogels with hierarchical pore structure
CN103738970B (zh) 高透过率纳米多孔气凝胶材料及其制备方法
CN109336544B (zh) 二氧化硅改性pvdf气凝胶绝热毡及其制备方法
CN114394612A (zh) 一种耐高温、低密度氧化铝纳米棒气凝胶及其制备方法
CN110591161A (zh) 一种纤维素-凹凸棒土复合气凝胶的制备方法
CN111620698A (zh) 低热导率纳米纤维构架的多级孔陶瓷海绵材料及制备方法
CN113307306B (zh) 复合硅石气凝胶材料及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant