气凝胶纳米多孔隔热材料传热计算模型的研究

本文研究并建立了气凝胶复合隔热材料传热计算模型.针对气凝胶纳米多孔材料的分形结构特征,结合规则交叉球杆结构,提出了气凝胶纳米多孔材料的分形交叉球杆结构模型,并以此结构模型为基础,建立了气凝胶纳米多孔材料热导率分形计算模型,模型中同时考虑了尺寸效应对气相、固相传热方式的影响.对气凝胶中添加的遮光剂、增强纤维等微米典型结构,以Mie辐射散射理论为基础,结合Rossland扩散近似模型,考虑了辐射传热对热量传递的增强作用;同时结合经典的两相系统等效热导率计算公式,获得复合材料的辐射导热耦合热导率计算模型.本文从纳米尺度的气凝胶多孔材料传热模型到微米尺度的气凝胶复合隔热材料传热模型,建立了完整的气凝胶纳米多孔复合隔热材料等效热导率计算模型.模型与多个文献中气凝胶材料热导率实验数值进行比较,获得了满意的结果,验证了模型应用于气凝胶复合隔热材料等效热导率预测计算方面的有效性.     

SiO_2纳米孔隔热材料制备与热导率计算

以SiO_2气凝胶纳米颗粒、石英纤维和遮光剂为原料,制备了SiO_2纳米孔隔热材料.采用扫描电镜和氮气吸脱附法表征了SiO_2纳米孔隔热材料微观结构,采用瞬态平面热源法测试了材料在25～800℃, 10～10~5 Pa范围内的热导率.建立了Si02纳米孔隔热材料热导率计算方法,计算了材料在不同温度和压力下的热导率,热导率计算值和实验值相符较好,表明所发展的计算方法适用于纳米孔隔热材料的热导率计算.此外,还获得了材料气相热导率与辐射热导率随温度的变化规律,对材料结构设计及性能优化具有很好的指导意义.     

添加物对氧化硅凝胶隔热性能影响的实验研究

纯氧化硅气凝胶孔隙率高,易碎且对红外光谱具有较强的选择透过性,高温隔热性能差。加入纤维和遮光剂可以改善材料力学性能和隔热性能,然而纤维的加入会增加气凝胶的固相导热、降低辐射传热,但总的作用是降低气凝胶的隔热性能;加入遮光剂抑制辐射传热的同时会增加固相导热,综合影响效果不仅随着遮光剂的种类、含量和大小的影响,还会随着使用温度变化。本文采用基于瞬态平面法的Hot Disk热常数分析仪在较大的温度范围内测试氧化硅气凝胶添加不同含量的Si02增强纤维和中空球、添加不同粒径和含量的SiC遮光剂对氧化硅纳米多孔材料等效导热系数的影响规律,并对比了添加SiC、ZrO_2和TiO_2遮光剂的遮光效果。     

孔隙率对气凝胶热辐射特性的影响

本文研究了热辐射在气凝胶纳米微孔结构中的传递.应用离散偶极子方法对随机生成的纳米结构的散射进行了模拟.结果表明:孔隙率和微分散射截面、散射效率因子关系密切.孔隙率增加,微分散射截面和散射效率因子减小明显;微分散射截面、散射效率因子和材料的宏观密度之间存在幂函数关系.本文的研究结果有助于理解气凝胶的结构参数和热辐射特性之间的联系.     

辐照还原法制备Au掺杂MF气凝胶

利用辐照还原法在500 kGy辐照剂量下制备了Au掺杂MF有机气凝胶。通过X射线衍射（XRD）、能量色散光谱仪（EDX）和透射电子显微镜（TEM）测试证实了辐照法成功地制备出Au掺杂MF有机气凝胶复合物。EDX和TEM照片表明辐照处理后Au纳米颗粒均匀地分布在MF气凝胶骨架中,并且Au纳米颗粒的平均尺寸为5.8 nm。N2吸附数据分析表明掺入Au纳米颗粒后,MF气凝胶的比表面积、总孔体积、微孔体积和介孔体积都有所下降。     

辐照还原法制备Au掺杂MF气凝胶（英文）

利用辐照还原法在500kGy辐照剂量下制备了Au掺杂MF有机气凝胶。通过X射线衍射(XRD)、能量色散光谱仪(EDX)和透射电子显微镜(TEM)测试证实了辐照法成功地制备出Au掺杂MF有机气凝胶复合物。EDX和TEM照片表明辐照处理后Au纳米颗粒均匀地分布在MF气凝胶骨架中,并且Au纳米颗粒的平均尺寸为5.8nm。N2吸附数据分析表明掺入Au纳米颗粒后,MF气凝胶的比表面积、总孔体积、微孔体积和介孔体积都有所下降。     

共水解法制备GeO_2/SiO_2复合气凝胶初步研究

采用先共水解正硅酸乙酯和乙醇锗混合溶液、后以胺类化合物作为凝胶催化剂的方法制备了GeO2/SiO2复合氧化物湿凝胶,再将湿凝胶经超临界流体干燥获得了相应的复合氧化物气凝胶。对气凝胶的场发射扫描电镜和高分辨透射电镜分析表明,气凝胶为存在致密纳米团簇的网络结构。电子能谱分析表明,致密的纳米颗粒由富含GeO2的溶胶颗粒堆积而成,网络结构则主要以SiO2为主,这说明在"一锅法"制备复合气凝胶的过程中,GeO2将优先形成nm量级的颗粒而掺杂到SiO2气凝胶网络中。     

过渡区内纳米颗粒的曳力特性模拟研究

在过渡区内,关于纳米颗粒曳力计算及输运特性的研究较为困难,通常会采用一些近似方法,将自由分子区或者连续介质区的理论计算式进行修正,以适用于过渡区,但是其准确性值得商榷.本文基于分子动力学模拟方法,研究了过渡区内纳米颗粒的曳力特性,并与相关理论进行对比.结果表明,气-固分子间相互作用对纳米颗粒的曳力具有显著影响.当气固结合强度较弱时,理论计算结果与分子动力学模拟值吻合较好;当气固结合强度较强时,分子动力学模拟结果明显大于理论值,这是由于气体分子在纳米颗粒表面的吸附所导致.基于气体分子在颗粒表面的吸附特性,提出引入有效颗粒半径修正,其过渡区内曳力的理论计算结果与分子动力学模拟结果吻合较好.     

纳米多孔碳气凝胶的储氢性能

 以间苯二酚和甲醛为原料,采用溶胶-凝胶工艺,结合高温碳化和溶剂替换常压干燥技术,制备了碳气凝胶。通过改变间苯二酚与碳酸钠的物质的量比和反应物间苯二酚与甲醛的质量分数,实现对碳气凝胶孔洞结构的控制。制备了钯掺杂碳气凝胶。以透射电镜、X射线衍射谱证实了钯元素以纳米单质颗粒形式存在于碳气凝胶的骨架结构中。对掺杂碳气凝胶进行了活化工艺的后处理,成功提高了比表面积有2倍之多,获得了比表面积为1 273 m²/g的钯掺杂碳气凝胶。氢吸附性能研究结果表明：最优活化工艺所得的碳气凝胶样品（3 212 m²/g）在92 K,3.5 MPa条件下的饱和储氢质量分数为3%,此样品在303 K,3.2 MPa时的储氢质量分数为0.84%。对钯掺杂碳气凝胶的常温（303 K）氢吸附测试表明,掺杂后碳气凝胶的总储氢质量分数下降了,但单位比表面积的储氢质量分数提高了。     

太赫兹波段火焰碳黑的光学特性研究

火焰碳黑是碳氢燃料不完全燃烧的重要固体产物,对于一些污染物的生成具有重要影响,其光学特性是光学燃烧诊断的基础。利用太赫兹时域光谱技术研究了0.2～1.6 THz火焰碳黑的光学特性,通过傅里叶变换得到了碳黑的频域光谱,利用定点迭代法获得了太赫兹波段火焰碳黑的复折射率,把太赫兹波段的复折射率与热辐射波段的复折射率进行了比较,此外还对比了两种光学参数提取方法所得到的结果,结果表明,碳黑在太赫兹波段的吸收性较强,其折射率在太赫兹波段与在热辐射波段的差别不是很大,而吸收率在热辐射波段变化更大一些,两种参数提取方法得到的复折射率差别不是很大,研究结果可为太赫兹波技术应用于光学燃烧诊断提供基础性数据,扩展了光学燃烧诊断应用的范围。     

二氧化硅纳米颗粒与碳黑纳米颗粒红外漫反射光谱的测量与分析

用FTIR-FTS3000光谱仪和漫反射附件分别采集了二氧化硅纳米颗粒、炭黑纳米颗粒和二氧化硅纳米颗粒与碳黑纳米颗粒的不同配比的混合样品的红外漫反射光谱。通过对测量结果的分析,发现二氧化硅纳米颗粒的红外漫反射光谱较之体材料有蓝移和宽化现象,此现象可以用纳米粒子的小尺寸效应和量子尺寸效应来进行初步解释。而碳黑纳米颗粒因为其强吸光性的原因,实验中没有得到理想的光谱。混合样品中,碳黑纳米颗粒有一个最大吸收临界浓度,此时二氧化硅纳米颗粒与碳黑纳米颗粒的质量比是100∶20。在这个比例以内,碳黑纳米颗粒的特征峰位的F(R)函数与浓度符合朗伯-比尔定律。当碳黑纳米颗粒在体系中的含量超过这个比值,随着碳黑在体系中比例的增加,吸光度将不再增大。     

氧化硅气凝胶的超临界制备及纳米结构

简要介绍了用溶胶－凝胶法制备新型功能材料氧化硅气凝胶的方法，着重阐述了氧化硅气凝胶的各种干燥过程对其纳米结构的影响，说明了超临界干燥工艺在保持气凝胶的纳米多孔结构方面的突出重要地位，同时，用比表面积测量，扫描电镜，小角Ｘ射线菜射等研究了这种轻质纳米多孔非晶固态材料的结构特性，介绍了这种材料的应用前景。     

自由分子区内纳米颗粒的热泳力计算

基于非平衡态分子动力学模拟方法,研究了自由分子区内纳米颗粒的热泳特性.理论研究表明,纳米颗粒与周围气体分子之间的非刚体碰撞效应会明显地改变其热泳特性,经典的Waldmann热泳理论并不适用,但尚未有定量的直接验证.模拟计算结果表明:对于纳米颗粒而言,当气-固相互作用势能较弱或气体温度较高时,气体分子与纳米颗粒之间的非刚体碰撞效应可以忽略,Waldmann热泳理论与分子动力学模拟结果吻合较好;当气-固相互作用势能较强或气体温度较低时,非刚体碰撞效应较为明显,Waldmann热泳理论与模拟结果存在较大误差.基于分子动力学模拟结果,对纳米颗粒的等效粒径进行了修正,并考虑了气体分子与纳米颗粒之间的非刚体碰撞效应,理论计算结果与分子动力学模拟结果吻合较好.     

Eu^3＋掺杂SiO2气凝胶薄膜的时间分辨光谱及发光动力学

气凝胶（ａｅｒｏｇｅｌｓ）是一种新型的轻质纳米多孔性非晶材料,其孔洞率高达８０～９０％,孔洞的典型尺寸为１～１００ｎｍ．已有文献报道利用ＳｉＯ２气凝胶的纳米网络结构制备出以纳米气凝胶为骨架的纳米材料［１～２］．通过溶胶－凝胶方法制得了Ｅｕ３＋掺杂Ｓｉ...     

纳米碳管复合凝胶玻璃结构及谱学性能研究

用物理掺杂工艺将纳米碳管引入二氧化硅凝胶玻璃基质,成功制备了纳米碳管复合凝胶玻璃,采用X射线衍射、透射电子显微镜、紫外-可见吸收光谱、红外光谱、拉曼光谱等测试方法对其结构和谱学性能进行了表征。结果表明,通过优化掺杂工艺能够实现纳米碳管与基质的均匀复合,纳米碳管本身的结构在掺杂过程中并未发生改变。纳米碳管的引入对二氧化硅凝胶玻璃基质的紫外-可见吸收光谱和红外光谱未产生显著影响。     

镍掺杂三聚氰胺-甲醛气凝胶的浸渍-还原法制备

以PdCl2为活化敏化液,水合肼为还原剂,采用化学浸渍-还原法在常温下制得了磁性金属Ni掺杂三聚氰胺-甲醛(MF)气凝胶,为金属掺杂气凝胶的制备寻得了新的途径。利用X-射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等对Ni掺杂MF气凝胶进行表征,SEM和TEM均表明,经浸渍-还原处理后的MF气凝胶骨架中较均匀地分布着粒径约100nm的金属Ni颗粒,其中部分颗粒生长连结形成较大团簇。N2吸-脱附实验数据显示,掺入金属Ni后,MF气凝胶的比表面积、总孔体积、微孔体积均减小,表明浸渍-还原处理后得到的金属Ni颗粒均匀分布于MF气凝胶孔隙中,其中少量大孔的出现是由形成团簇的Ni颗粒填充了部分纯MF气凝胶的孔隙撑开了孔隙结构所致。     

琼脂糖凝胶/纳米金复合结构的制备及其表面增强拉曼性质

以琼脂糖凝胶为模板,将预先制备好的胶体金颗粒负载在琼脂糖凝胶的网状结构中,制备了琼脂糖凝胶/纳米金复合膜结构,采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、紫外-可见-近红外光谱仪对复合膜的结构和光学性质进行了表征,实验数据表明纳米金颗粒均匀的分散在琼脂糖凝胶膜上,并且呈现出优异的光学吸收特性。基于琼脂糖凝胶的溶胀收缩特性和纳米金颗粒可调的表面等离子体共振吸收特性,将琼脂糖凝胶/纳米金复合膜作为表面增强拉曼(SERS)基底材料,研究了其对拉曼信号分子尼罗蓝A(NBA)的SERS检测效果。结果表明,琼脂糖凝胶的多孔网状结构为纳米金颗粒的富集提供了良好的载体,随着琼脂糖凝胶在空气中失水收缩,纳米金颗粒间距离逐渐缩短,产生动态的热点效应,对拉曼信号分子具有良好的增强效应。     

银纳米颗粒对掺铒铋酸盐玻璃光谱性质的影响

采用传统熔融淬火技术制备了一系列Er3+离子掺杂复合银纳米颗粒的铋酸盐玻璃样品.研究了纳米银含量的改变对Er3+离子荧光发射特性的影响.研究发现,铒在1.53 μm处的荧光强度在银纳米颗粒质量分数为0.2%处取得最大值,为未掺杂银纳米颗粒时的4.6倍.其荧光增强的原因归结于银纳米颗粒表面等离子体共振导致局域场增强和Ag...     

分散剂对RF凝胶掺钛过程的影响

 以间苯二酚、甲醛和经分散的纳米钛粉为反应前体，利用物理掺杂方法研究了掺钛RF凝胶的制备工艺，并在凝胶过程中以zeta电位 粒径分布测试仪对溶液的粒径分布进行分析测试。实验发现六偏磷酸钠对纳米钛粉的分散性最好，掺杂后凝胶时间明显缩短；分散剂种类和用量对凝胶时间有较大影响，其用量为纳米钛粉量的50~100倍为宜。     

锂离子对稀土掺杂氧化物的红外激光诱导热辐射的影响

由于具有较高的可见波段荧光效率,基于稀土掺杂氧化物的红外激光诱导热辐射具有重大的应用潜力。进一步提高红外诱导热辐射效率具有重大的实用价值。设计了一种改善稀土掺杂氧化物材料中红外诱导热辐射效率的方案,即通过掺杂改性杂质,既可以改变稀土离子周围局域晶场的对称性;同时又引入了晶格缺陷。对应的效果包括：一方面,可以通过增强稀土离子周围的晶场强度来提高稀土元素对于入射光子的吸收能力;另一方面,可以利用晶格缺陷作为猝灭中心来增加材料的热转化能力,最终将显著提高杂质改性材料的光热转化效率,即获得更加高效的红外诱导热辐射材料。为了验证设计方案的可行性,利用溶胶-凝胶方法合成了不同浓度的镱离子和锂离子的共掺杂样品,通过XRD及TEM测试分析了杂质对样品结构的影响,并且基于荧光发射光谱具体研究了杂质掺杂浓度对热辐射效率的影响。该工作为高效稀土掺杂热辐射材料的制备提供一定的参考。