SiO_2气凝胶导热机理的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学方法,选用Lennard-Jones势函数,对氩分子在SiO2气凝胶骨架结构间空隙中的运动进行了平衡分子动力学模拟(EMD)和非平衡分子动力学模拟(NEMD),分析其能量输运特性.结果表明:在骨架空隙尺寸为15nm条件下,气凝胶内部氩分子的扩散系数仅为同等条件下自由空间内氩分子扩散系数的50.35%,...     

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。     

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。     

碳黑掺杂SiO_2气凝胶热辐射特性的蒙特卡罗计算

高温环境下纳米隔热材料内热辐射的影响显著增强,遮光剂的掺杂将不可或缺。为了研究遮光剂掺杂对纳米隔热材料热辐射特性的影响,本文发展蒙特卡罗数值方法(MCM)与Mie散射理论对碳黑遮光剂颗粒掺杂的SiO_2气凝胶热辐射特性进行了理论研究。研究结果表明:优化参数后的碳黑颗粒掺杂气凝胶可以有效阻隔辐射传热,并且提高材料的隔热性能。该方法对纳米隔热材料遮光剂的选取和优化具有指导意义。     

低密度Cu掺杂SiO_2复合气凝胶的制备及表征

分别以正硅酸甲酯、醋酸铜为硅源和铜源,通过溶胶凝胶法及CO2超临界干燥技术制备了一系列Cu掺杂SiO2复合气凝胶。采用红外谱仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、比表面积和孔隙度分析仪(BET)、动态热机械分析仪(DMA)对样品进行了表征。结果表明随着铜含量的增加,复合气凝胶密度增加,比表面积降低,平均孔径增加,实际掺杂比与理论掺杂比对应增加。该复合气凝胶具有三维网状结构,密度低(40mg/cm3),比表面积高(390m2/g),成型性较好,有望应用于惯性约束聚变(ICF)实验。     

富勒烯在SiO_2与SiO_2－TiO_2凝胶中的掺入及光谱特性研究

本工作以ＳｉＯ_２和ＳｉＯ_２－ＴｉＯ_２凝胶体系为基质，选择合适的溶剂，采用特定的溶胶一凝胶工艺，成功地将纯的Ｃ_（６０）和Ｃ_（６０）／Ｃ_（７０）混合物分别均匀掺入上述基质中．研究了吸收与荧光光谱特性．室温下观测到峰置位于６６０ｎｍ附近的较强荧光带．对上述光谱性质作了初步的解释．     

碳气凝胶储氢性能的理论研究

采用基于Metropolis蒙特卡罗和Reverse蒙特卡罗的杂化逆向蒙特卡罗方法,构建碳气凝胶的微孔结构模型,根据碳气凝胶的介孔尺寸构建介孔模型.设计不同形状、不同孔径的介孔模型,使用巨正则蒙特卡罗方法详细模拟在298 K和77 K下的储氢量.结果显示,在77 K时,所设计的碳气凝胶的储氢量几乎是室温下的4倍.在77 K,100 bar时,储氢量最高可达到11.12 wt%和45.68 g·L^-1.     

溶胶-凝胶工艺制备香豆素掺杂SiO_2凝胶及其荧光特性研究

本文用溶胶－凝胶工艺制备了有机染料香豆素（ｃｏｕｍａｒｉｎ）掺杂ＳｉＯ２凝胶。观察分析了水解过程中的分相与凝胶干燥过程的开裂现象。通过改变反应条件以及引入添加剂，避免了分相与开裂现象，制备出尺寸约为２０×２０×１０ｍｍ完整透明的香豆素掺杂ＳｉＯ２凝胶。用差热分析和红外光谱研究了凝胶的结构和热性能。测定了凝胶的荧光激发光谱和发射光谱     

溶胶-凝胶ZrO_2/SiO_2薄膜的激光损伤研究

采用溶胶-凝胶工艺分别制备了SiO2和ZrO2单层薄膜、ZrO2/SiO2双层膜以及ZrO2/SiO2多层高反膜。用输出波长为1064nm、脉宽为6.3ns的YAG激光器对薄膜进行了激光损伤实验。观察了薄膜经强激光辐照后的损伤情况,讨论了薄膜的激光损伤行为,并从理论上分析了产生这些损伤的原因,为进一步镀制高质量的ZrO2/SiO2多层高反膜提供了依据。     

碳气凝胶及活化碳气凝胶电极材料制备与性能

以间苯二酚(R)-甲醛(F)为原料,制备了有机气凝胶和碳气凝胶,并对其进行二氧化碳活化。X射线衍射(XRD)测试表明,二氧化碳渗入到碳气凝胶网络结构发生反应,造成(002)峰和(100)峰减弱;扫描电子显微镜(SEM)测试表明,活化没有破坏碳气凝胶的骨架结构,而是增加了大量的nm尺度微孔,从而大大提高了碳气凝胶的比表面积和微孔比例。在1 mol/L KOH电解液中进行了循环伏安和计时电位扫描测试,电极材料电化学性能稳定,具有较好的可逆性,在1 mA/s电流密度下进行充放电测试,得到活化前电极比电容为103 F/g,活化后由于比表面积的增加,比电容达到371 F/g,是一种理想的电化学电极材料。     

碳气凝胶及活化碳气凝胶电极材料制备与性能

 以间苯二酚(R)-甲醛(F)为原料,制备了有机气凝胶和碳气凝胶,并对其进行二氧化碳活化。X射线衍射(XRD)测试表明,二氧化碳渗入到碳气凝胶网络结构发生反应,造成(002)峰和(100)峰减弱;扫描电子显微镜(SEM)测试表明,活化没有破坏碳气凝胶的骨架结构,而是增加了大量的nm尺度微孔,从而大大提高了碳气凝胶的比表面积和微孔比例。在1 mol/L KOH电解液中进行了循环伏安和计时电位扫描测试,电极材料电化学性能稳定,具有较好的可逆性,在1 mA/s电流密度下进行充放电测试,得到活化前电极比电容为103 F/g,活化后由于比表面积的增加,比电容达到371 F/g,是一种理想的电化学电极材料。     

超低密度SiO2气凝胶的制备研究

超低密度的SiO2气凝胶是一种经典的三维网状纳米多孔材料,已经广泛应用于如保温隔热、吸附等多种领域。以四甲氧基硅烷(TMOS)为硅源,采用酸碱两步法,利用乙醇超临界干燥技术制备了超低密度的SiO2气凝胶,分别利用SEM\TEM\BET等表征手段对该气凝胶进行了一系列的研究,发现当其密度为0.6 mg/cm3时,气凝胶拥有最佳的综合性能。该种气凝胶具有超低密度、高比表面积、加工成型性好、制备周期短等优点,有望在激光惯性约束聚变实验中作为冷冻靶发挥巨大的作用。     

二氧化硅气凝胶的防爆震性能及机理研究

利用聚偏二氟乙烯压电传感器研究了爆炸加载下冲击波在二氧化硅气凝胶中的传播特性,并对冲击波在二氧化硅气凝胶和泡沫铝中的传播特性进行了比较.结果表明:在二氧化硅气凝胶中冲击波的强度随传播距离的增加呈现指数衰减的趋势.冲击波在二氧化硅气凝胶中衰减比在泡沫铝中衰减明显.由于二氧化硅气凝胶内部特殊的纳米多孔网状结构,导致冲击波在二氧化硅气凝胶中的衰减效果较好.冲击波在二氧化硅气凝胶中的传播速度极低,因此冲击波在二氧化硅气凝胶中传播时卸载波的追赶卸载效应非常明显,这又进一步促进了冲击波的衰减.     

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。     

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。     

溶胶-凝胶法制备绿色发光粉Zn_2SiO_4:Mn~(2+)及其发光性能

利用溶胶-凝胶法在加入H3BO3助熔剂的环境下制备了掺杂不同量Mn2+的Zn2SiO4绿色发光粉。用X射线衍射仪和荧光光谱仪对其结构和光致发光性能进行了测试分析。结果表明:900℃还原气氛下退火后,样品呈现明显的绿色,Mn2+最佳掺杂摩尔分数为2%,当掺杂量超过2%后光谱发生强烈的浓度猝灭效应。最后,对这种物质的发光机理进行了分析。     

溶胶凝胶软石印法制备Zn_2SiO_4∶Mn图案化薄膜及其发光性能的研究

采用溶胶 凝胶法制备了Zn2SiO4∶Mn薄膜并结合毛细管微模板技术实现了薄膜的图案化,利用X射线衍射(XRD),原子力显微镜,光学显微镜,发光光谱等手段对Zn2SiO4∶Mn的结晶过程、发光性质进行了研究。XRD结果表明,溶胶 凝胶法合成的样品在800℃时已开始结晶,在1000℃时可得到纯相的Zn2SiO4∶Mn,这比传统的固相法的烧结温度低150℃。Zn2SiO4∶Mn薄膜的激发光谱在220nm和280nm之间有一个强的吸收峰,峰值位于248nm,发射光谱的最大值位于522nm,为绿光发射。从原子力显微镜照片可知组成薄膜的粒子比较均匀,其平均直径为220nm。我们获得了四种图案化宽度,分别是5,10,20,50μm。光学显微镜的结果表明,图案薄膜烧结后相对于烧结前有10%～20%的收缩。     

凝胶老化对镱铝共掺SiO_2粉晶化和光谱性能的影响

采用SiCl_4水解法制备了镱铝共掺石英光纤纤芯原料粉,在O_2氛围下1100℃烧结除羟基处理后,原料粉析出了α-石英相。对镱铝共掺硅酸凝胶进行了常温老化和高压釜高温高压老化处理。测试结果表明,老化处理有效地抑制了镱铝共掺石英玻璃原料粉的析晶行为,Yb~(3+)的荧光强度和荧光寿命得到提高,说明高压釜处理可缩短老化处理时间并提高荧光性能,是制备镱铝共掺石英玻璃原料粉的重要工艺。     

低密度SiO2气凝胶的结构与吸附特性研究

 低密度SiO₂气凝胶是一种新型纳米多孔材料,它不仅可作为惯性约束聚变的低温冷冻靶,还可作为HTO蒸汽的吸附剂用于放射性物质的环境监测。用SEM、TEM、BET、孔径分布等测试方法对低密度SiO₂气凝胶的微结构进行了研究;分别以水和苯作为吸附介质, 用吸附天平对其吸附特性进行了测试,并用BET吸附理论对其吸附结果进行了解释。