[发明专利]一种块体气凝胶复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种块体气凝胶复合材料，其特征在于，所述气凝胶复合材料由网状纤维素纳米纤维骨架和溶胶复合而成，其中，所述气凝胶复合材料的孔隙率为80～99.5%，密度为0.015～0.680g/cm³，BET比表面积为150～1200m²/g，导热系数为0.015～0.045W m^-1k^-1，弹性模量为0.5～150MPa。

2.一种用于制备块体气凝胶复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a）提供网状纤维素纳米纤维骨架；

b）提供溶胶；

c）将所述网状纤维素纳米纤维骨架与所述溶胶反应得到复合物；和

d）将所述复合物进行冷冻干燥，得到所述块体气凝胶复合材料。

3.根据权利要求2所述的用于制备块体气凝胶复合材料的方法，其特征在于，所述冷冻干燥包括：

将所述复合物置于预热至50～100℃的叔丁醇或叔丁醇的水溶液中进行溶剂置换反应，待反应2～72h后，将反应后的复合物在0～-50℃下进行冷冻干燥，得到所述气凝胶复合材料。

4.根据权利要求2所述的用于制备块体气凝胶复合材料的方法，其特征在于，所述步骤a）中用纤维素水凝胶制备所述网状纤维素纳米纤维骨架，所述步骤a）包括：

a-1）将所述纤维素水凝胶置于碱水溶液中，于80～100℃下反应4～24h；

a-2）将反应4～24h后的纤维素水凝胶置于去离子水中，于60～100℃下反应2～36h；

a-3）将反应2～36h后的纤维素水凝胶置于预热至50～100℃的叔丁醇或叔丁醇的水溶液中进行溶剂置换反应，反应2～20h后，将反应后的纤维素水凝胶冷冻干燥，得到所述网状纤维素纳米纤维骨架。

5.根据权利要求2所述的用于制备块体气凝胶复合材料的方法，其特征在于，所述步骤c）具体包括：

c-1）将所述纤维素纳米纤维骨架浸入所述溶胶中，待所述纤维素纳米纤维骨架经收缩、又溶胀回原体积后将其取出；

c-2）将取出后的纤维素纳米纤维骨架置于醇气氛中凝胶并老化，得到纤维素纳米纤维骨架和溶胶的复合物。

6.根据权利要求2所述的用于制备块体气凝胶复合材料的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

e）将所述气凝胶复合材料在惰性气体氛围中进行炭化，得到炭化的气凝胶复合材料。

7.根据权利要求2所述的用于制备块体气凝胶复合材料的方法，其特征在于，所述溶胶为二氧化硅溶胶、金属氧化物溶胶或有机物溶胶。

8.根据权利要求7所述的用于制备块体气凝胶复合材料的方法，其特征在于，所述溶胶为二氧化硅溶胶，所述步骤b）包括：将二氧化硅溶胶前驱体、醇和水混合均匀后加入酸性催化剂并搅拌，待前驱体水解结束后，再加入碱性催化剂并搅拌均匀，得到所述二氧化硅溶胶。

9.根据权利要求7所述的用于制备块体气凝胶复合材料的方法，其特征在于，所述溶胶为有机物溶胶，所述步骤b)包括：将有机物溶胶前驱体在水中混合均匀后加入碱性催化剂并搅拌，得到所述有机物溶胶。

10.根据权利要求7所述的用于制备块体气凝胶复合材料的方法，其特征在于，所述溶胶为金属氧化物溶胶，所述步骤b）包括：将金属氧化物溶胶前驱体与醇、水混合均匀后加入酸性催化剂并搅拌，得到所述金属氧化物溶胶。