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无机材料学报 2022年第12期37卷 1281-1288页

作者：罗艺夏书海牛波张亚运龙东辉华东理工大学机械与动力工程学院上海200237 华东理工大学化工学院上海200237

二氧化硅气凝胶以其低密度、高孔隙率等特性在高温隔热领域显示出广阔的应用前景,但其脆性和高成本的超临界干燥方式限制了其应用。本研究以乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)和乙烯基甲基二甲氧基硅烷(VMDMS)为前驱体,通过溶胶凝胶、常压干燥... 详细信息

二氧化硅气凝胶以其低密度、高孔隙率等特性在高温隔热领域显示出广阔的应用前景,但其脆性和高成本的超临界干燥方式限制了其应用。本研究以乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)和乙烯基甲基二甲氧基硅烷(VMDMS)为前驱体,通过溶胶凝胶、常压干燥制备了具有高柔性的海绵状有机硅气凝胶,并研究了前驱体摩尔比对气凝胶微观结构和压缩回弹性能的影响,以及气凝胶分别在高温有氧和无氧环境中的无机化转变过程。结果表明,随着前驱体中VTMS/VMDMS比例增加,气凝胶颗粒变小且堆积更紧密,其压缩回弹性能也随之降低;在800℃空气氛围中,气凝胶通过侧基的氧化和主链Si-O-Si的断裂、重排转化为无机SiO_(2);在800℃N_(2)氛围中,气凝胶通过裂解反应转化为无机SiO_(2)和游离碳的混合体,1000~1400℃进一步处理后SiO_(2)和游离碳经碳热还原反应生成SiO_(4)、SiCO_(3)、SiC_(2)O_(2)和SiC_(3)O等无定形的Si-O-C结构和少量β-SiC纳米线;经1200℃碳热还原反应生成的Si-O-C结构具有最优的耐高温氧化性能,可为制备耐高温氧化Si-O-C气凝胶提供参考。

关键词：有机硅气凝胶柔性隔热高温氧化高温裂解

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柔性有机硅气凝胶复合材料的制备及性能研究

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宇航材料工艺 2019年第6期49卷 26-32页

作者：姚鸿俊王飞朱召贤董金鑫龙东辉华东理工大学化学工程联合国家重点实验室上海200237 中国空间技术研究所北京100074

以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)为前驱体,通过溶胶-凝胶、常压干燥制备出柔性有机硅气凝胶,研究了MTMS与DMDMS的摩尔比对其化学组成和微观结构的影响;采用莫来石纤维毡作为增强体,制备出密度为0.25 g/cm3的柔性... 详细信息

以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)为前驱体,通过溶胶-凝胶、常压干燥制备出柔性有机硅气凝胶,研究了MTMS与DMDMS的摩尔比对其化学组成和微观结构的影响;采用莫来石纤维毡作为增强体,制备出密度为0.25 g/cm3的柔性有机硅气凝胶复合材料。实验结果表明,所制复合材料具有优异的热稳定性,其室温热导率在0.03 W/(m·K)以内;当MTMS和DMDMS的摩尔比为3.8∶1.2时,复合材料的均匀伸长率达3.6%、残重率达82.4%;复合材料经高温处理后,有机硅气凝胶转变为无机SiO2气凝胶,较好地保持煅烧前的微观形貌和隔热性能;通过500 s石英灯静态加热,发现复合材料的表面有陶瓷化反应,厚度方向无收缩,背部温升81℃,表现出烧蚀/隔热的双重特性。

关键词：有机硅气凝胶纤维增强复合材料低密度隔热烧蚀

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有机硅/碳纳米纤维复合材料的设计、导电/疏水性能调控与多功能应用探索

有机硅/碳纳米纤维复合材料的设计、导电/疏水性能调控与多功能应...

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作者：郭坤雨杭州师范大学

学位级别：硕士

有机硅材料具有耐候、难燃、疏水、耐腐蚀、耐高低温、高弹等优异的特性,在航空航天、医疗卫生、国防军工、交通运输、轻工等领域有着广泛的应用。随着5G通信智能时代的到来,导电有机硅复合材料显示出巨大的应用潜力,近年来受到学术界... 详细信息

有机硅材料具有耐候、难燃、疏水、耐腐蚀、耐高低温、高弹等优异的特性,在航空航天、医疗卫生、国防军工、交通运输、轻工等领域有着广泛的应用。随着5G通信智能时代的到来,导电有机硅复合材料显示出巨大的应用潜力,近年来受到学术界和工业界的广泛关注。然而,现有的导电有机硅复合材料主要通过机械共混法制备,需要在基体中加入大量的导电填料,存在一些难题亟待解决。首先,导电填料的添加会造成有机硅分子运动能力受限,增大了加工难度和成本;其次,导电填料与有机硅分子极性差异大,容易产生团聚体,严重影响复合材料的电学、力学等性能。此外,有机硅基体中的导电网络通常难以变化,导致其灵敏性较差。因此,开发简便的新技术或新方法开发导电/疏水且力学性能优异的有机硅复合材料迫在眉睫。为此,本文设计和发展了两类不同结构和形态的有机硅碳纳米纤维复合材料(硅橡胶薄膜表面溶胀组装碳纳米纤维网络和室温干燥有机硅气凝胶中碳纳米纤维网络构筑),并对其表面疏水/导电性能等调控进行了系统研究,进而探索相关应变传感、油水分离等应用。主要研究内容简述如下:(1)硅橡胶薄膜表面溶胀组装碳纳米管导电网络:本文选取184硅橡胶为基体,借助聚合物的溶胀现象和超声作用,将一维的多壁碳纳米管(MWCNTs)组装到基体表面层,制备了疏水导电有机硅橡胶复合材料。首先研究了不同溶剂对基体溶胀行为的影响,进而探究溶胀度对碳管嵌入基体表面层的影响,结果表明,碳管嵌入基体表面层的量和深度随着其溶胀度增大而增加。之后,详细探究了超声时长、碳管浓度、碳管长度和直径等因素对碳管组装到基体表面层的影响,以电阻值大小为依据,发现基体在超声3 h、碳管浓度为1.5 mg·m L、碳管长度30μm、碳管直径5-20 nm等条件下,碳管组装到184硅橡胶表面层的效果最理想。基于系列的结构表征与分析,发现组装上去的碳管分布均匀,形成了良好的导电通路,并且对基体表面层的微纳米结构具有一定的调节作用。使制备的导电有机硅橡胶疏水性能得到提高且具有优异可调的拉敏性能。另外,碳管的组装并不影响基体的力学性能,能够在酸碱盐溶液中稳定存在,提高了导电有机硅橡胶的可应用性。(2)室温干燥有机硅气凝胶中碳纳米纤维导电网络构筑:气凝胶室温干燥制备的关键因素是凝胶网络骨架的增强和表面张力的降低,因此我们选择含有大量烃基基团的含氢硅油(PMHS)和乙烯基甲基二甲氧基硅烷(VMDMS)为原料,在卡斯特铂金催化剂作用下发生硅氢加成反应得到凝胶前驱体,然后使用溶胶凝胶法制备湿凝胶,并通过延长老化时间和低表面能溶剂置换,在室温下干燥制备了超疏水有机硅气凝胶。本文研究了溶胶凝胶过程中溶剂的量和四甲基氢氧化铵催化剂的量对气凝胶微观结构的影响,并详细表征了气凝胶的密度、耐高低温、隔热性能、力学性能、疏水性能和油水分离性能等。结果表明,所制备的气凝胶体积密度最低约73 mg·cm,远低于绝大多数常温常压干燥制备的气凝胶;力学性能优异且可调。并且,其水接触角最高可达165°,有着非常优异的疏水亲油性能,对不同环境下的油水混合物均有非常优异的分离效果,使得其在油水分离领域有着很大的应用前景。之后,我们使用同样的制备方法将碳纳米纤维(CNFs)均匀分散在凝胶前体中,制备了导电超疏水有机硅气凝胶复合材料。通过压敏测试,发现气凝胶具有非常高的灵敏度,在20%应变压缩下电阻变化率便接近100%,具有稳定的压敏响应,在应变传感器领域将有良好的应用潜力。

关键词：有机硅复合材料导电超疏水材料有机硅气凝胶导电硅橡胶碳纳米纤维

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