DE102009053780A1 - Verfahren zur Herstellung eines porösen SiO2-Xerogels mit charakteristischer Porengröße durch ein Top-Down-Verfahren über eine Vorstufe mit Poren, die mit einer organ. oder mit einer Kohlenstoffkomponente gefüllt sind - Google Patents

Abstract

Die Herstellung eines porösen SiO2-Xerogels unter Einsatz von verfügbaren, temporären kohlenstoffbasierten Porenfüllern, die am Ende des Herstellungsprozesses oxidativ thermisch entfernt werden, über einen Sol-Gel-Prozess mit unterkritischer Trocknung des Gels.

Description

• Gegenstand dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines porösen SiO₂-Xerogels mit charakteristischer Porengröße kleiner 1 Mikrometer unter Einsatz von temporären Porenfüllern, die am Ende des Herstellungsprozesses oxidativ thermisch entfernt werden (z. B. Kohlenstoff oder Organik), über einen Sol-Gel-Prozess mit unterkritischer Trocknung des Gels. Die zusätzlichen organischen Partikel oder die Kohlenstoffpartikel im anorganischen Gel verhindern ein Kollabieren des anorganischen Netzwerkes während des unterkritischen Trocknungsprozess. Anschließend werden diese Porenfüller durch Temperaturbehandlung oberhalb von 300°C weitestgehend oxidativ entfernt. Ergebnis ist ein SiO₂-Xerogel (mit einem Massenanteil an Fasern < 5 Gew.% mit einer Porosität > 80%, einem Kohlenstoff-Anteil kleiner als 10%, der nicht oder nur schwach chemisch an das silikatische Gerüst gebunden ist, und Poren im Bereich kleiner 1 Mikrometer.
• [Stand der Technik]
• Aerogele, Kryogele und Xerogele kommen in vielen Bereichen zur Anwendung. Grundsätzlich unterscheiden sich die genannten Materialien durch die Art der Trocknungsmethode. Aerogel ist ein Überbegriff für alle Gele mit einem geringen Feststoffanteil, deren Poren mit Luft gefüllt sind, im engeren Sinn definieren sie sich jedoch durch eine überkritische Trocknung, Kryogele durch Gefriertrocknung und Xerogele durch konvektive unterkritische Trocknung.
• Bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Aerogel handelt es sich also genau genommen um ein Xerogel.
• Durch ihre äußerst geringen Dichten und ihre hohen Porositäten von typischerweise 85% und mehr sind Silica-Aerogele hervorragende Dämmmaterialien, die man im Gegensatz zu organischen Materialien auch bei hohen Temperaturen einsetzen kann. Bei nichtevakuierten Materialien würden organische Anteile oberhalb von 250°C mit dem in der Luft vorhandenem Sauerstoff verbrennen.
• Die Herstellung hochporöser Festkörper über Sol-Gel-Verfahren benötigt normalerweise einen überkritischen Trocknungsschritt, um die Porenstruktur zu erhalten. Diese Trocknung ist zum einen zeit- und ressourcenaufwändig, da das Lösungsmittel in den Poren im Allgemeinen zunächst getauscht werden muss. Zum anderen ist sie energieaufwändig, da in Autoklaven bei hohem Druck gearbeitet wird. Prozesstechnisch ungünstig ist die Prozessierung im Autoklaven auch aufgrund der nicht-kontinuierlichen Verarbeitung (Batch-Prozess). Konvektive Trocknung bei 1 bar (unterkritische Trocknung) führt durch die auftretenden großen Kapillarkräfte zum Kollabieren des Porengerüsts, weshalb monolithische Materialien mit hoher Porosität nur schwer herzustellen sind. Deshalb weisen Xerogele höhere Dichten und daher auch weniger gute Wärmedämmeigenschaften als Aerogele auf.
• Das in [ WO2005068361 ] hergestellte Aerogel muss überkritisch getrocknet werden und ist somit kostspielig und aufwändig in der Herstellung.
• Um die überkritische Trocknung zu umgehen und trotzdem geringe Dichten zu erhalten, gibt es einige allgemeine Ansätze. Einarsud et al. haben ein Verfahren entwickelt, das die Schrumpfung bei der unterkritischen Trocknung durch ein Versteifen des Gelgerüstes im Nassgel verringert [Einarsrud, M. A., E. Nilsen, A. Rigacci, G. M. Pajonk, S. Buathier, D. Valette, M. Durant, B. Chevalier, P. Nitz, and F. Ehrburger-Dolle, Strengthening of silica gels and aerogels by washing and aging processes. Journal of Non-Crystalline Solids, 2001. 285, 1–7.2001]. Allerdings wird mit diesem Verfahren trotz niedriger Dichte des resultierenden Xerogels die Festkörperwärmeleitung erhöht, da lokal die Kontakte zwischen den Silica-Partikeln im Gelgerüst systematisch erhöht werden. Weiterer Nachteil sind die zusätzlich erforderlichen Verfahrensschritte, die zwei zeitaufwändige Lösungsmittelaustauschschritte beinhalten und die langen Zeiten, die für eine rissfreie Trocknung makroskopischer Formkörper erforderlich sind.
• Um eine Nachvernetzung der Oberflächen-Hydroxygruppen (bei der Komprimierung des Gels durch die Kapillarkräfte) während des Trocknens und damit eine irreversible Schrumpfung zu verhindern, können wie in [ EP0690023A2 ], [ WO001998005591A1 ] oder [ WO001996022942A1 ] diese Gruppen mit einem Silylierungsmittel umgesetzt werden. Diese Methode bedeutet jedoch immer einen weiteren langwierigen Lösungsmitteltausch und einen weiteren Syntheseschritt und verhindert nicht die große temporäre Schrumpfung der Probe bei der unterkritischen Trocknung, die insbesondere bei Formkörpern mit Abmessungen im cm-Bereich und größer leicht zu Rissbildungen führen kann oder eine sehr langsame Trocknung erfordert. Diese silylierten, hydrophobierten Gele sind nicht bei Anwendungstemperaturen über 250°C einsetzbar, da sonst die organischen Oberflächengruppen zerstört werden und somit auch der gewünschte Effekt, wie z. B. die Hydrophobie bei [WO001998005591A1], zerstört wird.
• [Aufgabe der Erfindung]
• Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung eines porösen SiO₂-Xerogels, welches sowohl die geringe Dichte eines Aerogels aufweist und somit auch eine entsprechend niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzt als auch bei Temperaturen oberhalb 300°C zur Anwendung kommen kann und welches eine gute mechanische Stabilität aufweist (E-Modul größer als 5 MPa). Die Herstellung erfolgt durch unterkritische Trocknung.
• Um bei Xerogelen, also unterkritisch getrockneten Gelen, eine geringe Dichte und eine niedrige Wärmeleitfähigkeit zu erreichen, wird erfindungsgemäß ein Zwischenprodukt bzw. eine Vorstufe, d. h. ein SiO₂-Xerogel dessen Poren teilweise mit kugelähnlichen, organischen oder mit kugelähnlichen Kohlenstoffkomponenten gefüllt sind, hergestellt. Als organische Komponente wird im nachfolgenden eine Komponente bezeichnet, die einen Aschegehalt kleiner als 20 Gew.% aufweist.
• In ist schematisch das anorganische Netzwerk (1) mit den organischen oder Kohlenstoff-Komponenten als Porenfüller (2) gezeigt. Die Partikelgröße muss dabei im Bereich kleiner als die max. zulässige Porengröße sein ( ; links).
• Durch einen angeschlossenen Oxidationsschritt (3) werden diese organischen oder Kohlenstoff-Anteile weitestgehend aus den Poren entfernt ( ; rechts). Durch Oxidation gebildete Poren sind mit (4) gekennzeichnet, verbleibende, da nicht über Oxidation entfernte nicht-silikatische Komponenten sind mit (5) gekennzeichnet.
• Aerogele bestehen aus dreidimensional vernetzten Ketten von Kugelähnlichen Primärpartikeln im Nanometerbereich. Die Gesamtwärmeleitfähigkeit in Silica-Aerogelen wird von drei Faktoren bestimmt: Gas-, Strahlungs- und Festkörperwärmeleitung. Da Silica-Aerogele für IR-Strahlung nahezu vollständig durchsichtig sind, ist der Wärmeübertrag durch Strahlung gerade bei höheren Temperaturen für diese nicht zu vernachlässigen (~T³). Durch die Zugabe bzw. Integration von Trübungsmitteln (= Pigmenten) oder durch die Verwendung von Berandungen mit niedriger Strahlungsemission (low-e-Berandungen) lässt sich dieser Beitrag ausreichend reduzieren. Aerogele und Xerogele besitzen im Allgemeinen eine hohe optische Transparenz. Für Anwendungen, die keine optische Durchlässigkeit erfordern, wie opake Dämmungen, kann gezielt auf die optische Transparenz verzichtet werden; die Einbringung von Komponenten, die die Durchlässigkeit des Stoffes im Infraroten Wellenlängenbereich reduzieren und damit auch den Wärmetransport über Strahlung vermindern, hat i. a. auch eine optische Trübung des Stoffes über Absorption oder Streuung zur Folge. Damit der Strahlungstransport effektiv unterdrückt wird, werden erfindungsgemäß Xerogele mit geringer Transparenz auch im sichtbaren Spektralbereich bevorzugt.
• Der Beitrag der Gaswärmeleitung entsteht durch Wärmeübertragung bei Stößen der Gasmoleküle in den Poren untereinander. Bei Porendurchmessern unter 1 Mikrometer kann man diesen Beitrag stark reduzieren, da mit abnehmender Porengröße die Wahrscheinlichkeit für Stöße der Gasmoleküle untereinander abnimmt. Mit abnehmender Porengröße nehmen bei gegebener Dichte des Gelgerüsts aufgrund von Kapillarkräften die Schrumpfung der Probe bei der unterkritischen Trocknung und damit auch die Dichte des resultierenden Xerogels zu. Die größere Dichte des Materials erhöht den Beitrag der Festkörperleitung. Das Ziel ist also Porengrößen kleiner als 1000 nm nach Möglichkeit sogar kleiner als 300 nm im Material zu generieren und trotz unterkritischer Trocknung und Verzicht auf Lösungsmittelaustausch ein Aerogel hinreichend kleiner Dichte (kleiner als 400 kg/m³) zu erhalten. Um dem Kapillardruck beim unterkritischen Trocknen standzuhalten und somit ein Kollabieren des Netzwerkes oder einer irreversiblen Schrumpfung entgegenzuwirken, wird erfindungsgemäß eine organische oder kohlenstoffhaltige, kugelähnliche Komponente als mechanische Stütze in mindestens 10% der Poren benötigt.
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Xerogel, welches aus einer silikatischen Verbindung, z. B. einem Siliciumalkoxid (z. B. TMOS oder TEOS) oder Wasserglas in saurem oder basischem Milieu hergestellt wird und welchem in der Ausgangslösung, der Sol-Phase oder nach begonnener Gelierung entsprechende organische oder Kohlenstoffbestandteile (2), wie beispielsweise auf der Basis von Kohlenwasserstoffen, Epoxiden, Aminen, Polyestern, Polyimiden, Polyurethanen, Biopolymeren wie z. B. Proteinen oder Polysacchariden (Mehl, Reisstärke, Melasse, Zuckerrübensirup), Bakterien (z. B. Milchsäurebakterien) oder technischen Rußen (Farbruß, Leitruß, Füllruß), Carbon Nanotubes, Fullerene, Graphitpulver, zugesetzt werden. Durch die Wahl gut dispergierbarer und nicht aggregierender Partikel oder z. B. durch Ultraschallbehandlung oder Verscheerung [Tillotson, T. M., Hrubesh, L. W., Simpson, R. L., Lee, R. S., Swansiger, R. W., Simpson, L. R. Sol-gel processing of energetic materials. Journal of Non-Crystalline Solids, 1998. 225(1), 358–363] wird eine gleichmäßige Verteilung der Bestandteile über das gesamte Material gewährleistet. Bei langen Gelierzeiten des anorganischen Netzwerks kann eine homogene Verteilung von feinteiligen organischen oder Kohlenstoffpartikeln dadurch gelöst werden, dass zunächst die Bildung eines anorganischen Netzwerks zugelassen wird, dieses jedoch zum Teil z. B. durch Ultraschallbehandlung oder Verscheerung zerstört wird. Diese organischen oder Kohlenstoffpartikel dienen als temporäre Porenfüller und werden nach der Trocknung des Gels oxidativ entfernt (3), wodurch zusätzliche Poren (4) in einer einstellbaren Größe im anorganischen Netzwerk (1) freigelegt werden. Diese Poren führen zu einer Erniedrigung der Festkörperwärmeleitung im Silica-Xerogel. Gleichzeitig trägt ein organischer oder Kohlenstoff-Rest (5)(< 10%) im Material, der trotz Temperaturbehandlung nicht aus dem SiO₂-Netzwerk zu entfernen ist oder gezielt dort verbleibt, zu einer IR-Trübung des Materials bei. Dies führt zu einer Reduktion der Strahlungswärmeleitung, die gerade bei hohen Temperaturen in Silica-Xerogelen einen nicht unerheblichen Beitrag von beispielsweise 30% bis 50% bei 0°C bis zu 90% bei 170°C zur Gesamtwärmeleitfähigkeit leistet.
• Die Herstellung des SiO₂-Xerogels mit teilweise organischen oder mit Kohlenstoffpartikeln gefüllten Poren erfolgt hier erfindungsgemäß über ein „Top-Down”-Verfahren.
• ”Top-Down” bezeichnet generell den Weg, aus Festkörpern oder Pulvern durch Zerkleinerung die gewünschte Partikelgröße herzustellen. In dem erfindungsgemäßen Verfahren bedeutet es, verfügbare Festkörperpartikel in das Material einzubringen. Für das Top-Down-Verfahren werden organische oder Kohlenstoff-Partikel als Porenfüller während des Sol-Gel-Prozesses in das anorganische Gel eingebracht.
• Damit die organischen oder Kohlenstoff-Partikel als mechanische Stütze bzw. Porenfüller während des Trocknungsvorgangs fungieren, muss ihre Partikelgröße im Bereich kleiner als die max. zulässige Porengröße sein. Das Einbringen von Partikeln vor der Bildung des Netzwerkes ist schwierig, da diese sehr fein dispergierbar sein müssen und nicht aggregieren dürfen. Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass entweder die Vernetzung des Silica-Nassgels unterbrochen wird (beispielsweise durch Ultraschall) und in diesen zähflüssigen Interimszustand die Partikel eingebracht werden, oder dass durch geeignete Wahl oder Modifikation der Oberflächenchemie der organischen Partikel oder des Silica-Netzwerkes die Dispergierbarkeit sichergestellt wird.
• Zusätzliche Pigmente können sowohl während des Sol-Gel-Prozesses als auch nachträglich in das Nassgel eingebracht werden.
• Nach der Synthese und der unterkritischen Trocknung des Materials vor der nachfolgenden Temperaturbehandlung liegt nun ein anorganisches Xerogel mit teilweise mit organischen oder Kohlenstoff-Partikeln gefüllten Poren vor. Die Dichte dieses Xerogels liegt zwischen 1050 kg/m³ und 600 kg/m³ und der temporäre Volumenanteil von organischen oder Kohlenstoff-Partikeln beträgt zwischen 10% und 60%.
• Erfindungsgemäß wird das Xerogel einer Temperaturbehandlung oberhalb 300°C unterzogen. Bei diesem angeschlossenen Verfahrensschritt werden die organischen oder Kohlenstoff-Partikel aus den Gelgerüst weitestgehend entfernt und hinterlassen somit Poren in der gewünschten Größe kleiner 1 Mikrometer.
• Das erfindungsgemäß hergestellte Silica-Xerogel zeigt folgende Eigenschaften:
  Die Porengrößen liegen zwischen 1000 nm und 50 nm, die Dichte liegt zwischen 400 kg/m³ und 100 kg/m³. Die Bestimmung der mittleren Größe d der Poren erfolgt aus der makroskopischen Dichte des Xerogels ρ und der spezifischen externen Oberfläche S_ext. Dabei wird S_ext als Differenz der spezifischen Oberfläche nach dem BET-Verfahren S_BET (ISO 9277:1995 und DIN 66135-2:2001-06) und der spezifischen Mikroporenoberfläche S_Mik(ISO15901-3) berechnet; damit ergibt sich d zu d = 4·(1/ρ-1/ρ_SiO2)/S_ext, Dabei ist ρ die makroskopische Dichte des Formkörpers und ρ_SiO2 die Dichte von unporösem amorphem SiO₂-Glas (= 2,2 g/cm³). Bei bimodalen Porenverteilungen, bei denen der Durchmesser einer Gruppe von Poren unter 100 nm liegt, wird die Porenverteilung der Poren < 100 nm mit BJH-Analyse der Stickstoffsorptionsisothermen nach DIN 66134 Norm (1998-02) bestimmt; der entsprechende Mittelwert wird als d'' bezeichnet. Die mittlere Größe der Poren > 100 nm d' ergibt sich aus der Differenz von Gesamtporenvolumen V_P,Gesamt = (1/ρ-1/ρ_SiO2) und dem Porenvolumen V_p,<100 der Poren kleiner 100 nm, das nach der Gurvich-Regel aus der gemessenen Isotherme bestimmt wird, sowie der Differenz von externer Oberfläche S_ext und der externen Oberfläche der Poren kleiner 100 nm S_ext,<100 = 4·( V_p,<100)/d' zu d = 4·(V_P,Gesamt – V_p,<100)/(S_ext- S_ext,<100).
• Bei bimodalen Verteilungen mit Poren > 100 nm wird die Verteilung mit Hilfe von Quecksilberporosimetrie (ISO 15901-1) bestimmt.
• Die Rosseland-gemittelte IR-Extinktion beträgt bei 300 K mindestens 50 m²/g ohne Pigmente und mindestens 80 m²/kg mit Pigmenten (spektrales Mittelungsintervall von 1,4 μm bis 35,0 μm). Der Wert wird durch Bestimmung der direkt-hemisphärischen Transmission und Reflexion im Wellenlängenbereich von 1,4 μm bis 35,0 μm ermittelt.
• Die mechanische Stabilität zeichnet sich durch ein E-Modul > 5 MPa aus. Der E-Modul kann entweder über ein statisches Verfahren bestimmt werden bei dem die relative Längenänderung ΔL/L der Probe bei uni-direktionalem Druck p Bestimmt wird: E = p / ΔL/L
• Alternativ kann der E-Modul aus der Schallgeschwindigkeit νv nach E = νv²ρ mit der Dichte ρ berechnen.
• [Beispiele]
• Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich prinzipiell alle in polar protischen Lösemitteln (vorzugsweise Mischungen von Wasser und einem Alkohol, hier vorzugsweise Ethanol) dispergierbaren oder löslichen Polymerisate, Polykondensate (z. B. Resorcin-Formaldehydharze) oder Polyaddukte bzw. Copolymerisate, Cokondensate oder Coaddukte.
• Einige Beispiele für Polymere (-kondensate/-addukte) sind Kohlenwasserstoffe, Epoxide, Amine, Polyester, Polyimide, Polyurethane aber auch Biopolymere wie z. B. Polysaccharide (Mehl, Reisstärke, Melasse, Zuckerrübensirup).
• Beispiele für anorganische, jedoch oxidativ entfernbare Porenfüller sind Kohlenstoffe wie technische Ruße, (Farbruß, Leitruß, Füllruß), Carbon Nanotubes, Fullerene, und Graphitpulver.
• Zusätze sind neben Katalysatoren alle Stoffe, die die Dispergierbarkeit oder Löslichkeit der organischen Polymerpartikel bzw. der Kohlenstoffpartikel durch physikalische oder chemische Bindungen erhöhen, z. B. auch Lösungsvermittler.
• „Organische Polymere oder deren Gemische” bezeichnet somit alle Komponenten, die zur Dispersion in polar protischen Lösemitteln notwendig sind.
• Beim dem vorliegenden, erfindungsgemäßen Verfahren werden Siliciumverbindungen, z. B. Siliciumalkoxide der allgemeinen Formel Si(OR)₄ (mit R = organischer Rest) oder Wasserglas (nach Abtrennen der Kationen durch einen Ionentauscher) mit Wasser in saurem oder basischem Milieu umgesetzt, mit organischen oder Kohlenstoff-Partikeln (Durchmesser kleiner 1 Mikrometer) vermengt (z. B. während der durch Ultraschall unterbrochenen Gelierung) und die Gelierung anschließend fortgesetzt. Das erhaltene Nassgel wird bei 1 bar getrocknet und die kohlenstoffhaltige Phase anschließend durch Temperaturbehandlung oberhalb von 300°C entfernt.
• Ausführungsbeispiel:
• Tetraethoxysilan (TEOS) wird mit Ethanol, Wasser und einer 0,05 molaren Ammoniumhydroxidlösung versetzt und bei 20°C zur Reaktion gebracht. Nach Beginn der Gelierung wird die Reaktionslösung einem Ultraschall hoher Intensität ausgesetzt und währenddessen mit einer Suspension von technischem Ruß in Ethanol vermengt. Nach erfolgter Dispersion der Partikel über die Reaktionsmischung wird die Gelierung bei 30°C ohne Rührung in einem geschlossenen Gefäß fortgesetzt. Nach Ende der Gelierung wird der gebildete Monolith für 7 Tage in Ethanol gelegt und anschließend bei 1 bar Umgebungsdruck und 30°C getrocknet. Das erhaltene Xerogel wird nun unter Schutzgasatmosphäre (Argon) bei 550°C pyrolysiert und anschließend bei 550°C und sauerstoffhaltiger Atmosphäre erhitzt.
• [Literatur]
• [ WO001998005591A1 ]
• [ EP0690023A2 ]
• [ DE3346180C2 ]
• [ WO2005068361 ]
• Bezugszeichenliste

1

SiO₂-Gerüst

2

organische oder Kohlenstoff-Komponente

3

Verbrennungsvorgang der organischen Bestandteile

4

erhalten gebliebene Pore

5

verbliebene kohlenstoffhaltige Komponente

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• WO 2005068361 [0006, 0034]
• EP 0690023 A2 [0008, 0034]
• WO 001998005591 A1 [0008, 0034]
• WO 001996022942 A1 [0008]
• DE 3346180 C2 [0034]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• Einarsrud, M. A., E. Nilsen, A. Rigacci, G. M. Pajonk, S. Buathier, D. Valette, M. Durant, B. Chevalier, P. Nitz, and F. Ehrburger-Dolle, Strengthening of silica gels and aerogels by washing and aging processes. Journal of Non-Crystalline Solids, 2001. 285, 1–7.2001 [0007]
• Tillotson, T. M., Hrubesh, L. W., Simpson, R. L., Lee, R. S., Swansiger, R. W., Simpson, L. R. Sol-gel processing of energetic materials. Journal of Non-Crystalline Solids, 1998. 225(1), 358–363 [0015]
• ISO 9277:1995 [0022]
• DIN 66135-2:2001-06 [0022]
• ISO15901-3 [0022]
• DIN 66134 Norm (1998-02) [0022]
• ISO 15901-1 [0023]

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines SiO₂-Xerogels mit Poren im Bereich von 1000 nm bis 50 nm, einer Dichte kleiner als 400 kg/m³ und einem chemisch schwach gebundenen Kohlenstoffrest in den Poren von kleiner 10% dadurch gekennzeichnet, dass das SiO₂-Xerogel über einen Sol-Gel-Prozess aus einer Siliciumverbindung, insbesondere Wasserglas, Kieselsäuren (pyrogene Kieselsäuren wie Aerosil^®, Fällungskieselsäuren), Schichtsilikate, Alkoxysilane, modifizierte Alkoxysilane, insbesondere Si(OR)₄ (mit R = organischer Rest), hier vorzugsweise Tetraethoxysilan (TEOS, Si(OEt)₄) und a. ohne Lösungsmittelaustausch b. durch unterkritische Trocknung c. in der Ausgangslösung, dem Sol oder nach begonnener Gelierung organische oder Kohlenstoff-Partikel (Durchmesser kleiner 1 Mikrometer) zugesetzt werden und die Gelierung anschließend fortgesetzt wird, so dass mindestens 10 des Porenvolumens mit einer organischen Komponente oder einer Kohlenstoffkomponente gefüllt ist d. und die nach der Trocknung bei 1 bar einer Temperaturbehandlung oberhalb 300°C unterzogen werden, hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangslösung oder dem Sol organisch modifizierte Alkoxysilane der allg. Formel R_nSi(OR')_4-n (mit n = 0–3; R, R' = organische Reste) zugesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Partikel in polar protischen Lösemitteln (vorzugsweise Mischungen von Wasser und einem Alkohol, hier vorzugsweise Ethanol) dispergierbare oder lösliche Polymerisate, Polykondensate (z. B. Resorcin-, Phenol-, Melamin- oder ähnliche Formaldehydharze) oder Polyaddukte bzw. Copolymerisate, Cokondensate oder Coaddukte, wie beispielsweise Polymere(-kondensate/-addukte), Kohlenwasserstoffe, Epoxide, Amine, Polyester, Polyimide, Polyurethane aber auch Biopolymere wie z. B. Polysaccharide (Mehl, Reisstärke, Melasse, Zuckerrübensirup) sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoff-Partikel anorganischen Partikel, jedoch oxidativ entfernbare Porenfüller wie Kohlenstoffe, technische Ruße, (Farbruß, Leitruß, Füllruß), Carbon Nanotubes, Fullerene, und Graphitpulver sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionslösung sowohl Katalysatoren-Zusätze als auch Lösungsvermittler zugesetzt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass ein Faseranteil kleiner als 5 Gew.-% eingebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringung von organischen oder Kohlenstoffpartikeln, Pigmenten, Fasern und weiteren Zusätzen nach begonnener Gelierung des silikatischen Netzwerks durch Ultraschallbehandlung oder Verscheerung durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass vor der Temperaturbehandlung (d.) eine Pyrolyse oberhalb von 300°C unter sauerstofffreier Atmosphäre durchgeführt wird.

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