一種氧化鍺和氧化釕雜化氣凝膠復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種氣凝膠的制備方法,具體講,涉及一種氧化鍺和氧化釕氣凝膠復(fù) 合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣凝膠是指以納米顆粒相互聚集構(gòu)成的納米多孔網(wǎng)絡(luò)為骨架,并在網(wǎng)絡(luò)骨架孔隙 中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的輕質(zhì)納米固態(tài)材料。氣凝膠作為一種納米材料,除具有納米材料的 特性外,還具有其他優(yōu)異性能,如:極高的孔隙率、高比表面積、極低的密度、低的熱導(dǎo)率和 低的聲音傳播速率等,在催化、航天、醫(yī)藥、能源、建筑和冶金等方面有著巨大的應(yīng)用前景。
[0003] 同時(shí),氣凝膠種類也得到了極大豐富,如金屬氣凝膠,有機(jī)氣凝膠和碳?xì)饽z,至 此越來越多的新型氣凝膠逐步被開發(fā)出來。
[0004] 氧化鍺可廣泛用于制作高純金屬鍺、鍺化合物、化工催化劑、醫(yī)藥工業(yè),PET樹脂、 電子器件等;例如,含氧化鍺的玻璃有較高的折射率和色散性能,可作為廣角照相機(jī)和顯微 鏡鏡頭。為了進(jìn)一步拓展氣凝膠的發(fā)展,本發(fā)明將首次闡述具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和性能的氧化鍺 和氧化釕雜化氣凝膠復(fù)合材料的制備方法,能更好的推動(dòng)該類材料的發(fā)展和應(yīng)用,同時(shí)拓 寬了氣凝膠的種類,推動(dòng)了氣凝膠科技的發(fā)展。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種高比表面積、低密度、高孔隙率、低導(dǎo)熱及收縮率小的氧 化鍺和氧化釕雜化氣凝膠復(fù)合材料的制備方法;本發(fā)明提供的技術(shù)方案制作工藝簡單、易 操作,且首次制備出性能優(yōu)異的氧化鍺和氧化釕雜化氣凝膠。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案如下:
[0007] -種氧化鍺和氧化釕雜化氣凝膠復(fù)合材料的制備方法,所述復(fù)合材料包括氧化鍺 和氧化釕雜化氣凝膠、無機(jī)纖維材料,所述制備方法包括如下步驟:
[0008] 1)無機(jī)纖維材料的處理:150~200°C下,干燥無機(jī)纖維4~6小時(shí);將無機(jī)纖維浸入 按無機(jī)纖維、蒸餾水、表面活性劑及偶聯(lián)劑重量比為1:2~4:0.004~0.008:0.012~0.02的 比例配制的表面處理劑溶液后,于160~220°C下烘干1~3小時(shí),冷卻得表面處理后的無機(jī) 纖維;
[0009] 其中,所述無機(jī)纖維為氮化硼納米纖維,所述氮化硼納米纖維的直徑20nm~50nm, 長度ΙΟμπι~30μηι,純度為95% ;
[0010] 2)氧化鍺和氧化釕雜化溶膠的制備:將氯化鍺、氯化釕、醇類物質(zhì)、去離子水、環(huán)氧 丙烷和催化劑按照摩爾比為0.5~1:0.5~2:10~50:10~40:0.05~0.5:10-4~10-2的比 例配制混合液,攪拌10~20min靜置后,得氧化鍺和氧化釕雜化溶膠;
[0011] 3)浸滲:用步驟2)的氧化鍺和氧化釕雜化溶膠浸滲經(jīng)步驟1)處理后的無機(jī)纖維材 料;
[0012] 4)制備氧化鍺和氧化釕雜化氣凝膠復(fù)合材料:于50~80°C下,使步驟3)所得浸滲 物中的氧化鍺和氧化釕雜化溶膠發(fā)生膠凝,得氧化鍺和氧化釕雜化凝膠;20~50°C老化20 ~50h后,經(jīng)乙醇或二氧化碳超臨界干燥后;在惰性氣體保護(hù)下,將氧化鍺和氧化釕雜化氣 凝膠復(fù)合材料進(jìn)行高溫煅燒,得氧化鍺和氧化釕雜化氣凝膠復(fù)合材料。
[0013] 進(jìn)一步的,所述步驟4)中惰性氣體為氮?dú)狻⒑饣蚰?。所述步驟4)中高溫煅燒溫度 為600 ~1200°C。
[0014] 進(jìn)一步的,所述醇類物質(zhì)為甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。所述催化劑為鹽酸、硫酸、磷 酸、甲酸、乙酸、乙二酸或氫氟酸。所述偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、Ν-β-氨乙基-Y-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷。所述表面活性劑為 十二烷基二甲基芐基氯化銨、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基二甲基氧化胺、十二烷基二甲基 胺乙內(nèi)酯或甘油聚氧乙烯醚。
[0015]進(jìn)一步的,所述方法制備的氧化鍺和氧化iI了雜化凝膠比表面積300~400m 2/g,孔 隙率80~90 %。所述方法制備出的氧化鍺和氧化釕雜化氣凝膠復(fù)合材料在1000°C下的熱導(dǎo) 率小于0.035w/m · k,收縮率小于3.4%。
[0016] 和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比,本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果:
[0017] 1、本發(fā)明提供的技術(shù)方案制備工藝簡單、易操作,適合大規(guī)模生產(chǎn),且首次制備出 性能優(yōu)異的氧化鍺和氧化釕雜化氣凝膠。
[0018] 2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案制備出高比表面積、低密度、高孔隙率的氧化鍺和氧化 釕雜化氣凝膠,其優(yōu)異性能為比表面積300~400m2/g以上、密度0.13~0.20g/m3、孔隙率80 ~90% 〇
[0019] 3、本發(fā)明提供的技術(shù)方案制備出的氧化鍺和氧化釕雜化氣凝膠復(fù)合材料在1000 °〇下的熱導(dǎo)率小于0.035w/m · k,收縮率小于3.4%。
[0020] 4、本發(fā)明提供的技術(shù)方案,拓寬了氧化鍺材料的發(fā)展和應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步的對技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描 述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例, 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022] 實(shí)施例1
[0023] 1)無機(jī)纖維材料的處理:200°C下,干燥無機(jī)纖維6小時(shí);將無機(jī)纖維浸入按無機(jī)纖 維、蒸餾水、表面活性劑及偶聯(lián)劑重量比為1:4:0.008:0.02的比例配制的表面處理劑溶液 后,于220°C下烘干1小時(shí),冷卻得表面處理后的無機(jī)纖維;
[0024] 其中,無機(jī)纖維為氮化硼納米纖維,氮化硼納米纖維的直徑20nmnm,長度30μπι,純 度為95%;
[0025] 2)氧化鍺和氧化釕雜化溶膠的制備:將氯化鍺、氯化釕、醇類物質(zhì)、去離子水、環(huán)氧 丙烷和催化劑按照摩爾比為1 =0.5:10:10:0.05: HT4的比例配制混合液,攪拌20min靜置后, 得氧化鍺和氧化釕雜化溶膠;
[0026] 3)浸滲:用步驟2)的氧化鍺和氧化釕雜化溶膠浸滲經(jīng)步驟1)處理后的無機(jī)纖維材 料;
[0027] 4)制備氧化鍺和氧化釕雜化氣凝膠復(fù)合材料:于80°C下,使步驟3)所得浸滲物中 的氧化鍺和氧化釕雜化溶膠發(fā)生膠凝,得氧化鍺和氧化釕雜化凝膠;50°C老化20h后,經(jīng)超 臨界干燥后;在惰性氣體氮?dú)獗Wo(hù)下,將氧化鍺和氧化釕雜化氣凝膠復(fù)合材料進(jìn)行600°C高 溫煅燒,得氧化鍺和氧化釕雜化氣凝膠復(fù)合材料。
[0028] 實(shí)施例2
[0029] 1)無機(jī)纖維材料的處理:150°C下,干燥無機(jī)纖維6小時(shí);將無機(jī)纖維浸入按無機(jī)纖 維、蒸餾水、表面活性劑及偶聯(lián)劑重量比為1:2:0.004:0.012的比例配制的表面處理劑溶液 后,于160°C下烘干3小時(shí),冷卻得表面處理后的無機(jī)纖維;
[0030] 其中,無機(jī)纖維為氮化硼納米纖維,氮化硼納米纖維的直徑50nm,長度?ομπι,純度 為 95%;
[0031] 2)氧化鍺和氧化釕雜化溶膠的制備:將氯化鍺、氯化釕、醇類物質(zhì)、去離子水、環(huán)氧 丙烷和催化劑按照摩爾比為0.5:2:50:40:0.5:10_ 2的比例配制混合液,攪拌15min靜置后, 得氧化鍺和氧化釕雜化溶膠;
[0032] 3)浸滲:用步驟2)的氧化鍺和氧化釕雜化溶膠浸滲經(jīng)步驟1)處理后的無機(jī)纖維材 料;
[0033] 4)制備氧化鍺和氧化釕雜化氣凝膠復(fù)合材料:于50°C下,使步驟3)所得浸滲物中 的氧化鍺和氧化釕雜化溶膠發(fā)生膠凝,得氧化鍺和氧化釕雜化凝膠;20°C老化50h后,經(jīng)乙 醇或二氧化碳超臨界干燥后;在惰性氣體氖保護(hù)下,將氧化鍺和氧化釕雜化氣凝膠復(fù)合材 料進(jìn)行1200°C高溫煅燒,得氧化鍺和氧化釕雜化氣凝膠復(fù)合材料。
[0034] 實(shí)施例3
[0035] 1)無機(jī)纖維材料的處理:180°C下,干燥無機(jī)纖維5小時(shí);將無機(jī)纖維浸入按無機(jī)纖 維、蒸餾水、表面活性劑及偶聯(lián)劑重量比為1:3:0.006:0.016的比例配制的表面處理劑溶液 后,于200°C下烘干2小時(shí),冷卻得表面處理后的無機(jī)纖維;
[0036]其中,無機(jī)纖維為氮化硼納米纖維,氮化硼納米纖維的直徑30nm,長度20μπι,純度 為 95%;
[0037] 2)氧化鍺和氧化釕雜化溶膠的制備:將氯化鍺、氯化釕、醇類物質(zhì)、去離子水、環(huán)氧 丙烷和催化劑按照摩爾比為1: :30:20:0.1: HT3的比例配制混合液,攪拌20min靜置后,得氧 化鍺和氧化釕雜化溶膠;
[0038] 3)浸滲:用步驟2)的氧化鍺和氧化釕雜化溶膠浸滲經(jīng)步驟1)處理后的無機(jī)纖維材 料;
[0039] 4)制備氧化鍺和氧化釕雜化氣凝膠復(fù)合材料:于70°C下,使步驟3)所得浸滲物中 的氧化鍺和氧化