MF氣凝膠的制備與結(jié)構(gòu)表征研究.pdf

1、氣凝膠具有獨特的納米多孔結(jié)構(gòu)，是一種極具潛力的功能材料。氣凝膠在高能物理、慣性約束聚變(ICF)等領(lǐng)域內(nèi)是一種重要的候選材料。與SiO<,2>等無機(jī)氣凝膠材料相比，有機(jī)氣凝膠(酚醛系、三聚氰胺系)具有成本低廉，原材料易得的優(yōu)點，在最近二十年受到廣泛的關(guān)注。Pekala最先通過酚醛類物質(zhì)進(jìn)行溶膠一凝膠反應(yīng)獲得了酚醛類有機(jī)氣凝膠，但酚類物質(zhì)在空氣中氧化形成醌式結(jié)構(gòu)，易使凝膠變?yōu)樯罴t棕色。針對酚醛類氣凝膠容易變色的缺點，Pekala等人采用三

2、聚氰胺一甲醛體系合成了無色透明的MF氣凝膠。研究表明MF氣凝膠具有納米級連續(xù)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、高比表面積，有望在ICF實驗中得到推廣和應(yīng)用。 本論文通過三聚氰胺和甲醛在酸性條件下，經(jīng)過溶膠.凝膠、酸洗老化、溶劑交換及超臨界干燥過程制備MF氣凝膠。通過三種凝膠化理論對凝膠點進(jìn)行理論預(yù)測，結(jié)果表明為加快凝膠化轉(zhuǎn)變，有效的辦法是盡量減小體系中二官能度單體的用量；深入研究了反應(yīng)物總濃度、反應(yīng)物配比、反應(yīng)溫度、催化劑用量等條件對凝膠過程的影響

3、，確定最佳凝膠化條件為：反應(yīng)溫度應(yīng)在95℃左右，MF濃度應(yīng)大于8％但不高于20％，pH值為1.6為宜，反應(yīng)物配比為F：M=4：1；詳細(xì)研究了超臨界流體萃取法與普通超臨界干燥方法對凝膠物理性能的影響，結(jié)果表明在較低的溫度下采用超臨界流體萃取法可以獲得性能更加優(yōu)良的MF氣凝膠。 采用酸催化工藝制備了MF氣凝膠，凝膠時間較長(150小時以上)，密度可控性較差，作為ICF靶材料，沒有使用價值。因此，作者通過在MF體系中引入適量的酚類物質(zhì)

4、(如間苯二酚)極大地縮短了凝膠時間(約24h)，并且經(jīng)過改性后，可制備出密度低于50mg/cm<'3>的氣凝膠，突破了日前MF氣凝膠的密度在100mg/cm<'3>～800mg/cm<'3>的限制。隨著體系中間苯二酚含量的降低，由紅色透明凝膠逐漸變?yōu)椴煌该魅馍z，凝膠化時間也有所增加。 利用超聲波粘度計對酚改性MF氣凝膠的溶膠.凝膠過程進(jìn)行了粘度的在線監(jiān)測，通過對粘度曲線的數(shù)學(xué)分析獲得了凝膠化過程中膠團(tuán)生長和凝膠核交聯(lián)的基本規(guī)

5、律。粘度曲線包括了有機(jī)氣凝膠動力學(xué)的三個典型階段：誘導(dǎo)期、增長期和終止期，粘度曲線基本符合指數(shù)函數(shù)變化規(guī)律。 研究了三聚氰胺-甲醛(MF)凝膠老化過程中的溶劑效應(yīng)及其對體積收縮的影響，從凝膠的離漿-溶脹平衡以及溶劑效應(yīng)兩個方面對濕凝膠老化過程中的體積收縮作了分析，結(jié)果表明控制交換溶劑的組成能顯著改善濕凝膠后處理過程中的體積收縮。合適的濕凝膠交換步驟是先使用凝膠體內(nèi)液體和目標(biāo)溶劑的混合溶劑進(jìn)行交換，逐次增大目標(biāo)溶劑的含量，直至最后