本發(fā)明涉及氣凝膠的制備領(lǐng)域，具體涉及一種明礬摻雜二氧化硅氣凝膠及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、sio2氣凝膠作為一種重要的功能性材料，近年來在各個領(lǐng)域得到廣泛的研究和應(yīng)用。然而，其在多個方面仍存在問題與缺陷，這限制了其在一些關(guān)鍵應(yīng)用中的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。首先，sio2氣凝膠通常具有較低的密度和高比表面積，但其機(jī)械性能相對較差，容易發(fā)生壓縮變形和斷裂，從而限制了其在結(jié)構(gòu)支撐、載荷承載等方面的實(shí)際應(yīng)用。對此，研究人員已經(jīng)開始致力于改進(jìn)sio2氣凝膠的機(jī)械性能，通過改變制備工藝、添加合適的增強(qiáng)劑或者摻雜其他材料等方法來增強(qiáng)其強(qiáng)度和韌性，以滿足不同應(yīng)用場景對機(jī)械性能的需求。其次，sio2氣凝膠在1000℃以上易發(fā)生熱分解、收縮或失去孔隙結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其熱穩(wěn)定性不高，從而限制了其在熱隔離、耐火材料等方面的應(yīng)用。為了克服這一問題，研究人員正在尋找新的制備方法和改進(jìn)工藝，以提高sio2氣凝膠的熱穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中sio2氣凝膠的熱穩(wěn)定性不佳的問題，本發(fā)明采用明礬摻雜制備sio2氣凝膠，明礬誘導(dǎo)方石英的生成，提高sio2氣凝膠的熱穩(wěn)定性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種明礬摻雜二氧化硅氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：

4、(1)將聚乙烯吡咯烷酮水溶液、明礬、磷酸混合攪拌，然后加入硅酸四乙酯，繼續(xù)攪拌，得到紡絲液；

5、(2)將所述紡絲液進(jìn)行離心紡絲，得到氣凝膠前驅(qū)體；

6、(3)將所述氣凝膠前驅(qū)體放入馬弗爐中進(jìn)行燒結(jié)，降溫后得到二氧化硅纖維氣凝膠。

7、優(yōu)選地，步驟(1)中，所述紡絲液中聚乙烯吡咯烷酮的濃度為10-20wt％。

8、優(yōu)選地，步驟(1)中，所述紡絲液的ph值為3-4。

9、優(yōu)選地，步驟(1)中，所述明礬與硅酸四乙酯的摩爾比為1：(20-60)。

10、優(yōu)選地，步驟(2)中，所述離心紡絲過程中，將離心紡絲設(shè)備的轉(zhuǎn)速調(diào)至180-220rpm，使用注射器將溶液吸入注射器中，將注射器中的紡絲液加入紡絲盤中，而后將紡絲機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整至4000-6000rpm。

11、優(yōu)選地，步驟(3)中，所述燒結(jié)的升溫速率為4-6℃/min。

12、優(yōu)選地，步驟(3)中，所述燒結(jié)的溫度為1000-1500℃，燒結(jié)的時間為1-5h。

13、本發(fā)明第二方面提供了一種明礬摻雜二氧化硅氣凝膠，由所述的明礬摻雜二氧化硅氣凝膠的制備方法制備得到。

14、優(yōu)選地，所述明礬摻雜二氧化硅氣凝膠的密度為10-20mg·cm-3。

15、優(yōu)選地，所述明礬摻雜二氧化硅氣凝膠的熱導(dǎo)率為0.02-0.03w/(m·k)。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

17、在制備二氧化硅氣凝膠的過程中，明礬作為誘導(dǎo)劑具有重要作用。明礬中的k+具有誘導(dǎo)無定形二氧化硅成為方石英的效果；此外，明礬中的al3+也可以形成氧化鋁顆粒。方石英和氧化鋁顆粒均具有提高二氧化硅微納纖維氣凝膠耐熱性的功能。除此之外，明礬作為一種常見的化學(xué)品，價(jià)格低廉且易于獲取，適合大規(guī)模生產(chǎn)氣凝膠。其次，明礬在水溶液中可以與硅源產(chǎn)生相互作用，促使氣凝膠的形成和結(jié)構(gòu)調(diào)控，使其具有更好的孔隙結(jié)構(gòu)和性能。此外，明礬在水溶液中穩(wěn)定性較高，不易發(fā)生副反應(yīng)，有利于制備高質(zhì)量的氣凝膠材料。最后，明礬作為誘導(dǎo)劑的制備工藝相對簡單，易于操作和控制，適用于不同類型的氣凝膠制備。

技術(shù)特征：

1.一種明礬摻雜二氧化硅氣凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的明礬摻雜二氧化硅氣凝膠的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述紡絲液中聚乙烯吡咯烷酮的濃度為10-20wt％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的明礬摻雜二氧化硅氣凝膠的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述紡絲液的ph值為3-4。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的明礬摻雜二氧化硅氣凝膠的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述明礬與硅酸四乙酯的摩爾比為1：(20-60)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的明礬摻雜二氧化硅氣凝膠的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述離心紡絲過程中，將離心紡絲設(shè)備的轉(zhuǎn)速調(diào)至180-220rpm，使用注射器將溶液吸入注射器中，將注射器中的紡絲液加入紡絲盤中，而后將紡絲機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整至4000-6000rpm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的明礬摻雜二氧化硅氣凝膠的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述燒結(jié)的升溫速率為4-6℃/min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的明礬摻雜二氧化硅氣凝膠的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述燒結(jié)的溫度為1000-1500℃，燒結(jié)的時間為1-5h。

8.一種明礬摻雜二氧化硅氣凝膠，其特征在于，由權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的明礬摻雜二氧化硅氣凝膠的制備方法制備得到。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的明礬摻雜二氧化硅氣凝膠，其特征在于，所述明礬摻雜二氧化硅氣凝膠的密度為10-20mg·cm-3。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的明礬摻雜二氧化硅氣凝膠，其特征在于，所述明礬摻雜二氧化硅氣凝膠的熱導(dǎo)率為0.02-0.03w/(m·k)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種明礬摻雜二氧化硅氣凝膠及其制備方法，所述制備方法包括以下步驟：將聚乙烯吡咯烷酮水溶液、明礬、磷酸混合攪拌，然后加入硅酸四乙酯，繼續(xù)攪拌，得到紡絲液；將所述紡絲液進(jìn)行離心紡絲，得到氣凝膠前驅(qū)體；將所述氣凝膠前驅(qū)體放入馬弗爐中進(jìn)行燒結(jié)，降溫后得到二氧化硅纖維氣凝膠。明礬中的K<supgt;+</supgt;具有誘導(dǎo)無定形二氧化硅成為方石英的效果；此外，明礬中的Al<supgt;3+</supgt;也可以形成氧化鋁顆粒。方石英和氧化鋁顆粒均具有提高二氧化硅微納纖維氣凝膠耐熱性的功能。

技術(shù)研發(fā)人員：周劍,趙翧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中山大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26