气凝胶材料研究的新进展-qqecpocom.PDF

高 分 子 通 报 2013年 9月 气凝胶材料研究的新进展 王 真，戴 珍，赵 宁 ，徐 坚 (中国科学院化学研究所 ，高分子物理与化学实验室，北京 100190) 摘要：气凝胶通常经由溶胶凝胶过程和超临界干燥制备得到，是世界上最轻的固体物质。因其具有低密 度 、高孔隙率、大 比表面积和低热导率等特点，在诸多领域具有潜在应用 ，然而复杂 的干燥方法和脆弱的质地限 制 了它的实际推广 。自气凝胶诞生 以来 ，研究人员以简化干燥方法、强化力学性能为 目标 ，不断对制备气凝胶 的材料进行改进 ，并赋予气凝胶功能化。本文主要总结了近年来气凝胶的研究进展 ，着重介绍 了有机气凝胶和 有机无机杂化气凝胶 的相关研究。 关键词 ：气凝胶 ；碳材料 ；有机无机杂化材料 引言 · 1931年 ，Kistler[】用气体取代 了凝胶 中液体成分 的位置 ，同时保持凝胶 的间壁不发生塌缩 ，制备了 世界上第一块气凝胶 。这种固体材料是世界上 已知的密度最低的人造物质 ，有 “固态烟雾”(solidsmoke) 之称 。除了极低的表观密度 (O．003～0．3g／cm。)之外 ，气凝胶还具有高孑L隙率 (80 ～99．8 )、极低的 热导率[10~40mW ／(m·K)]和大 比表面积(1O0～I600m。／g)等特点__2]。 由于这些出色的特性 ，气凝胶被期许为 “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_8等 ，此外 ，气凝胶在航空航天_9]、吸附剂[1、催化 剂_1和生命科学口等领域也有应用。然而 ，实际上 ，气凝胶 的应用受到两大因素的制约 ：(1)气凝胶 的高 孔隙率使得这种材料非常脆弱，在实际应用环境中的耐用性较差 ；(2)在气凝胶制备过程 中常用到超 临界 干燥技术，涉及高温高压 ，成本较高。因此 ，通过经济便捷的手段 ，制备力学性能优异的低密度气凝胶是 研究人员不懈追求 的目标。 通常 ，气凝胶的制备过程如图 1所示 ：前驱体溶液经过溶胶一凝胶转变得到凝胶 ；继而陈化 ，使游离 的 前驱体继续反应 ，湿凝胶网络得以充分形成 ；通过特定的干燥方法 ，用空气替代凝胶 网络 内的溶剂 ，并保 持凝胶骨架的完整性 ，得到气凝胶[2]。按骨架 的化学组成分类 ，气凝胶可分类为无机气凝胶 、有机气凝胶 和有机无机杂化气凝胶 。凝胶网络的物质构成对气凝胶的各种性质有着决定性的影响。本文主要介绍 近年来有机气凝胶和有机无机杂化气凝胶的研究进展。 1 有机气凝胶 有机气 凝胶 是 由 Pekala在 1989年首 先 提 出的_1，他 利用 问苯二 酚 (Resorcino1)和 甲醛 (Formaldehyde)之间的缩合反应首次制备 了RF有机气凝胶 。反应物混合溶液在 NazCOs的催化作用 下凝胶化，经超临界干燥后得到气凝胶 。制备 RF气凝胶最重要的参数是催化剂浓度和溶液的pH值，样 品的密度 、比表面积以及颗粒和孑L尺寸等性能都会受到这两个 因素的影响u 。 近年来，随着对碳纳米、石墨烯等碳材料的研究越来越深入 ，碳气凝胶也逐渐成为有机气凝胶领域新 的热点，并凭借其优 良的导电性和 良好的力学性能有力地拓展了气凝胶 的应用。Nardecehia等[1近期 收稿 ：2013—05—20；修回：2013—05—29； 基金项 目：国家 自然科学基金项 目UI1341O5)；国家 973计划项 目(2013CB933000，2009CB930400)； 作者简介：王真(1987一)，男，博士研究生，主要从事基于有机硅的有机一无机杂化材料的研究； 通讯联系人 。E—mail：zhaoning@iccas．ac．cn；jxu@iccas．ac．CD-．