[发明专利]一种碳凝胶/SiO2凝胶复合气凝胶

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合气凝胶，特别是涉及一种碳凝胶/SiO₂凝胶复合气凝胶。

背景技术

气凝胶是一种具有纳米结构的多孔材料，其孔隙率高达90％以上，密度最低可至0.001g/cm³，是目前世界上最轻的固体材料之一。它是明显不同于孔洞结构的在微米和毫米级的多孔材料，具有极大的比表面积。由于其特有的纳米多孔、三维网络结构，使其具有许多独特的性能，尤其表现在高孔隙率、低密度、低热导率等方面，可以广泛应用于隔热材料、透光材料、绝缘材料、隔音材料等领域。

申请号为201310725194.7的中国发明专利涉及一种耐高温二氧化硅气凝胶材料及其制备方法。该技术采用溶胶凝胶法制备SiO₂溶胶，经过老化、溶剂替换，并采用超临界修饰工艺，获得机械强度高，易于加工的块状气凝胶。再经过800℃高温预处理，和六甲基二硅胺烷气相修饰，可制备出经1000℃高温处理后线性收缩仅5％、比表面积高达530m²/g的SiO₂气凝胶。这种SiO₂气凝胶可在高温催化、催化剂载体、高温保温隔热等高温领域应用。

申请号为201280043355.8的中国发明专利涉及一种二氧化硅-碳复合多孔质体，其通过将借助于表面活性剂而分散于水中的为颗粒状的碳、碱金属硅酸盐水溶液以及无机酸混合从而制备二氧化硅和为颗粒状的碳均匀分散的共分散体，其中，所述二氧化硅是碱金属硅酸盐和无机酸的反应产物，并通过使该共分散体包含的二氧化硅凝胶化而使共分散体多孔质化而获得。该二氧化硅-碳复合多孔质体被制备成比表面积为20-1000m²/g、细孔容积为0.3-2.0ml/g、平均西孔径2-100nm。

气凝胶由胶体粒子或高聚物分子相互聚集构成的纳米网络及其形成的纳米孔隙组成。孔隙中充满气态分散介质，孔隙率在80％以上，空洞尺寸为2～100nm，比表面积300～1000m²/g，是一种高分散的固体材料。其中，二氧化硅凝胶和炭气凝胶研究最为广泛。二氧化硅气凝胶的纵向声传播速率为100m/s(为固体材料中最低)，声阻抗随密度变化范围很大，是一种理想的声抗耦合材料。同时，二氧化硅气凝胶具有极低的固态和气态热导率，是一种高效的隔热材料，在航空航天、化工和节能建筑等领域具有广泛的应用前景。炭气凝胶具有高比表面积、高孔隙率、导电和耐酸碱腐蚀等特性，可以作为催化剂载体和超级电容器电极材料。而炭-二氧化硅复合气凝胶是一种新型杂化纳米复合材料，兼具二氧化硅气凝胶和炭气凝胶的优点，具有很高的科学研究价值和潜在的应用领域。

发明内容

在高温条件下，通过毛孔辐射的热量成为热量传导的主要方式，气凝胶等多孔材料高温条件下的热传导主要通过辐射进行。本项目旨在提供一种碳凝胶/SiO₂凝胶复合气凝胶，能够大幅度降低多孔材料本身带来的热辐射较大的问题，材料的热导率不会随着温度的升高而急剧增加，并且具有轻质、耐高温和导热系数低的特点，可以制成各种大型复杂结构件，形成耐高温的热防护结构。

一种碳凝胶/SiO₂凝胶复合气凝胶，其特征在于由碳泡沫骨架和骨架孔隙中填充的碳凝胶/SiO₂凝胶组成，其中碳泡沫骨架体积占比10～60％。该碳凝胶/SiO₂凝胶复合气凝胶的密度为0.05～0.1g/m³，热导率≤0.8w/m·K，能够在高温下长期使用，结构稳定。

所述的碳泡沫骨架呈三维网状，具有开孔结构，孔隙率为90％～97％，孔径大小不一，尺寸范围为10～1000微米，可以加工成各种复杂形状。

所述的碳凝胶或者SiO₂凝胶具有介孔纳米微球结构，孔径为2～100纳米，密度为0.1～0.5mg/cm³。

所述的碳凝胶或者SiO₂凝胶离散分布在碳泡沫骨架支撑的孔壁中，填充率为70～95％。

所述碳凝胶/SiO₂凝胶复合气凝胶可以连接有陶瓷基复合材料外壳，也可以覆盖有碳化物或者高温金属氧化物保护涂层，形成一个完整的绝热防护体系。