新型雜化氣凝膠具超強絕熱性
2015-11-23 來源：中國聚合物網
在德國應用化學期刊上，一支來自瑞士和法國的科研團隊介紹了一種新型復合氣凝膠，它由二氧化硅和植物源果膠制備而成。這種新材料的導熱性與傳統氣凝膠接近，但機械穩定性卻高很多。此外，它們是由生物衍生材料溶解于水制備，綠色環保。
二氧化硅氣凝膠的制備過程就是用鹽酸把二氧化硅顆粒從硅酸鈉溶液中沉淀出來。將顆粒團聚成具有網絡結構的凝膠，隨后清洗干燥。極高的孔隙率和極大的比表面積使其在催化、制藥和化學等方面有很高的利用價值。超絕熱特性又使其可作為太陽能熱水系統的透明絕熱層，在傳統絕熱材料空間不足時可作為替代品。
這些硅酸鹽氣凝膠的脆斷性至今仍是難題。起因是這種網絡的珍珠項鏈式的結構。直徑在3-10nm之間的二氧化硅納米粒子通過極窄的的紐帶相互連接。在一項關于更好機械性能氣凝膠的研究中，研究人員專注于生物衍生材料，例如在食品業作為凝膠使用的果膠、植物纖維等。然而，果膠氣凝膠在絕熱性能方面表現不良。
在歐洲航空硬幣工程中，一支團隊與來自瑞士聯邦材料科學與工程實驗室的Matthias Koebel和來自MINES ParisTech的Tatiana Budtova合作制備了一種復合氣凝膠，它是由果膠和二氧化硅形成的網狀構成。這種材料有特定的機械性能，不易脆斷，灰塵逸出極少，并且擁有極佳的絕熱性能。
為了優化果膠和二氧化硅的相對濃度，在凝膠過程中關鍵是控制pH值。在pH為1.5時，二氧化硅凝膠化時間大在14天之內，但當pH超過4時，幾分鐘之內便可完成。在pH低于2.0時，果膠凝膠化緩慢，pH在2到3之間時，凝膠化過程在幾分鐘之內便可完成，但超過3.5便不再凝膠。最佳的值是pH=1.5，此時兩種原料都緩慢凝膠成均勻的混合體。經過清洗和疏水化處理之后，氣凝膠用超臨界的二氧化碳干燥。與具有脆弱的珍珠項鏈結構的純二氧化硅氣凝膠相比，摻雜的氣凝膠有更厚更強的結構，機械穩定性更高。
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