發(fā)布時間：2018-03-27 23:00

  本文選題：SiO_2氣凝膠　切入點：共前驅(qū)體　出處：《中國科學技術大學》2017年博士論文

【摘要】：二氧化硅氣凝膠(SiO_2 aerogels,SA)作為一種典型的納米多孔絕熱材料,已在保溫隔熱領域得到廣泛認可,但其較差的力學性能嚴重阻礙了應用推廣,提高SiO_2氣凝膠的力學性能成為開拓其眾多應用的前提。當前,主要的SiO_2氣凝膠材料都具有疏水性,這有利于SiO_2氣凝膠長效地保持優(yōu)異性能。對于疏水性Si02氣凝膠,表面改性引入的有機基團是其疏水性的化學基礎,同時也成為其可燃性的根源。目前,疏水性SiO_2氣凝膠的潛在火災危險性并未得到正確認識,且常被誤當作不燃材料。為此,本文一方面致力于提高Si02氣凝膠的力學性能,另一方面旨在揭示疏水性SiO_2氣凝膠的可燃性,并尋求降低其燃燒性能的途徑。本文主要的研究內(nèi)容包括以下四部分:1.從SiO_2氣凝膠自身角度出發(fā),以正硅酸四乙酯(TEOS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)為硅源,常壓下制備出共前驅(qū)體SiO_2氣凝膠塊體,發(fā)現(xiàn)共前驅(qū)體SiO_2氣凝膠的制備關鍵在于用氨水濃度調(diào)節(jié)不同前驅(qū)體的縮聚速率,揭示了氨水濃度對凝膠骨架微觀結(jié)構以及共前驅(qū)體氣凝膠性質(zhì)的影響規(guī)律,并實現(xiàn)了對MTMS/TEOS共前驅(qū)體氣凝膠熱物性的調(diào)控。2.為進一步提高SiO_2氣凝膠材料的力學性能,以芳綸纖維、芳綸漿粕為增強相制備纖維/SiO_2氣凝膠復合材料,所得到的芳綸纖維/Si02氣凝膠復合材料明顯提高了彈性和柔韌性,而芳綸漿粕/SiO_2氣凝膠復合材料顯著提高了抗壓強度,為獲取高性能的纖維/Si02氣凝膠復合材料提供了新思路。3.首次較系統(tǒng)地研究了疏水性SiO_2氣凝膠的燃燒性能,結(jié)果表明:常壓干燥SiO_2氣凝膠比超臨界干燥Si02氣凝膠具有更小的表觀活化能,更大的火災危險性:當輻射熱流強度超過25 kW/m2時,二者均易發(fā)生閃燃,打破了疏水性Si02氣凝膠為不燃材料的觀點;指出表面改性引入的有機基團是疏水性SiO_2氣凝膠火災風險的根源,初步揭示了疏水性SiO_2氣凝膠的燃燒機理。4.在降低疏水性SiO_2氣凝膠燃燒性能方面,以水玻璃(SS)為硅源、磷酸(PA)為催化劑,制備疏水性SiO_2氣凝膠(SS/PA),力爭減少SiO_2氣凝膠中的可燃成分。研究結(jié)果表明:相較于TEOS為硅源、鹽酸(HA)為催化劑的Si02氣凝膠(TEOS/HA),SS/PA在保持其它優(yōu)異性能的同時,熱穩(wěn)定性明顯提高,火災危險性按TEOS/HA、SS/HA、SS/PA順序依次減小。在此基礎上,將Al(OH)_3、Mg(OH)_2分別摻雜引入Si02氣凝膠,研究結(jié)果表明:摻雜SiO_2氣凝膠的熱穩(wěn)定性顯著提高,且Mg(OH)_2摻雜SiO_2氣凝膠(MH/SA)的熱穩(wěn)定性要顯著高于Al(OH)_3摻雜SiO_2氣凝膠(AH/SA);摻雜SiO_2氣凝膠的火災危險性顯著下降,在點燃時間上,純SA為6 s,AH/SA為3～8 s,而MH/SA高達20～38 s;摻雜SiO_2氣凝膠的燃燒熱值相比于純SiO_2氣凝膠明顯降低,且同一摻雜含量下,MH/SA的總熱值下降幅度要明顯高于AH/SA。以上兩途徑均可有效地降低疏水性SiO_2氣凝膠燃燒性能,這對提高疏水性SiO_2氣凝膠的防火性能具有重要意義。
[Abstract]:SiO _ 2 aerogel composites have been widely accepted in the field of thermal insulation , but their mechanical properties have hindered the application and popularization of SiO _ 2 aerogels . The results show that the thermal stability of the doped SiO _ 2 aerogel is obviously higher than that of Al ( OH ) _ 3 doped SiO _ 2 aerogel ( AH / SA ) . The results show that the thermal stability of the doped SiO _ 2 aerogel is obviously higher than that of Al ( OH ) _ 3 doped SiO _ 2 aerogel ( AH / SA ) .

【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ427.26

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本文編號：1673616