一种高效低成本新型气凝胶的制备方法

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项目简介

气凝胶是经一定的方法将凝胶中的溶剂用空气置换出来,同时保持凝胶骨架结构完整的一种多孔固体材料。这种固体材料是由于其出色的特性,被期许为“改变世界的神奇材料”,在很多领域具有广泛的应用前景,如隔热材料、隔音材料、光学器件、超级电容器等,此外,气凝胶在航空航天、吸附、催化和生命科学等领域也有应用。

针对传统的二氧化硅气凝胶太脆的弱点,对其无机骨架进行改性,通过有机物机杂化的方式来提高力学性能、以及最近发展的有机气凝胶和碳气凝胶等是当前研究的一个发展方向。在无机的二氧化硅气凝胶中引入有机组分,是获得有机无机杂化气凝胶的一种有效途径,有机组分的介入可以改善二氧化硅的脆性,赋予有机无机杂化气凝胶以良好的柔韧性。项目组通过分子设计,以巯基-双键点击反应制备了含有硫醚链段的桥联倍半硅氧烷前驱体,在分子尺度上引入有机组分,这种有机-无机杂化分子两端是三烷氧基硅基,经水解缩合后可表现出良好的刚性和尺寸稳定性,中间柔顺的硫醚链段则可赋予凝胶骨架弹性。令人欣喜的是,这种桥联倍半硅氧烷凝胶可直接在室温下真空干燥得到气凝胶,极大地简化了气凝胶的制备过程(图1)。

图1  桥联倍半硅氧烷前驱体的制备及真空干燥技术的示意图

应用领域

这是国际上首次以真空干燥技术制备气凝胶材料的报道,为气凝胶在众多领域中的实际应用奠定了科学和技术基础。这种制备方法简便、材料性能优异、易于表面功能化的气凝胶材料易于实现规模化生产,相比于超临界干燥和常压干燥技术而言可较显著地节约成本和生产周期。

 

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