三聚氰胺-甲醛(mf)气凝胶制备及其改性地研究.pdf

摘要
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究
工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢
的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也
不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用
过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论
文中作了明确的说明并表示谢意。

签名: 日期: 年月日


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签名: 导师签名:
日期: 年月日
II
摘要
摘要
本文简要综述了三聚氰胺-甲醛(MF)有机气凝胶的基本特性、制备方法、
表征手段和其国内外研究概况;通过系统实验,改进了 MF 气凝胶制备工艺,探
索了具有激光惯性约束聚变(ICF)实验应用前景的改性及掺杂 MF 气凝胶的制备
方法。主要工作及相应结果如下:
1)采用溶胶-凝胶工艺、溶剂置换和 CO2 超临界流体干燥方法制备出性能优
良、具有纳米网络结构的 MF 气凝胶;深入研究了反应物总浓度,凝胶温度变化
对凝胶时间的影响,对凝胶过程中粒子及团簇的生长进行了分析,对凝胶化过程
的理论分析进行了验证;通过在溶胶中加入碱的方法改进了 MF 气凝胶的制备工
艺,缩短了凝胶时间,降低了凝胶密度;通过 Materials-Studio 上 Dmol3 以及半经
验的 Vamp 模块进行模拟计算,得到升高温度可加快凝胶速度的结论,并选用二甲
基亚砜(DMSO)代替水进行 MF 凝胶的制备,极大地缩短了凝胶时间。对不同方
法制备的 MF 气凝胶进行了表征:FT-IR 显示三种不同方法制备的 MF 气凝胶化学
结构相差无几,仅是高温溶剂法所制备的气凝胶由于反应温度较高的影响,使得
其红外图的 C-H 键伸缩振动峰较强。采用 HRTEM,FESEM 和 BET 法对所制备的
气凝胶的多孔性进行了表征,其中常规法所制备的气凝胶骨架结构较一致,且孔
径分布较均一,而加碱法和耐高温溶剂法制备的气凝胶效果次之。
2)通过在溶胶-凝胶过程中向 MF 溶胶体系中加入间苯二酚-甲醛预聚体的方
法结合 CO2 超临界流体干燥技术制备出具有纳米网络结构的酚改性 MF 气凝胶。
结果表明此改性 MF 气凝胶,在凝胶化过程中所需时间较纯 MF 气凝胶短。用总反
应浓度为 5%的溶胶,经过溶胶-凝胶过程和超临界流体干燥过程,最终制得密度
约为 55mg/cm3 的酚改性 MF 气凝胶样品。并通过改变不同的三聚氰胺/间苯二酚
(M/R)值,制备出四种不同的改性 MF 气凝胶。其湿凝胶和气凝胶的光学照片均
显示出随 M/R 值的增大,其颜色越紧接纯 MF,透明性也降低。FT-IR 法的分析结
果表明改性气凝胶化学结构相差无几;采用 HRTEM,FESEM 和 BET 的分析结果
表明随着 M/R 值的增加,气凝胶的骨架结构和孔的结构改变:气凝胶的骨架由纳
米颗粒堆积成链球状的空间网络结构逐渐变为类似于 MF 气凝胶的纳米粒子堆积
成树枝状分杈型结构,同时孔径也逐渐增大,SBET 降低,孔容减少。改性 MF 气
凝胶的 TGA 图谱分析则显示出,改性 MF 气凝胶的分解温度较 MF 气凝胶低,随
着体系内三聚氰胺含量的增加,分解温度越紧接 MF 气凝胶。
III
摘要
3)采用在溶胶-凝胶过程中向 MF 溶胶体系中加入钛溶胶的方法结合 CO2 超临
界流体干燥技术制备出具有纳米网络结构的 TiO2 掺杂 MF 气凝胶。在凝胶过程中,
发现掺入 MF 体系内且最终可形成稳定凝胶的钛溶胶的量是一定,超过此量将容
易使得溶胶内的钛溶胶粒子发生团聚、沉淀,得不到稳定的、分散均匀的掺钛 MF
凝胶。通过对 SEM、TEM 照片和 BET 的图谱分析,掺钛后的 MF 气凝胶仍具有
多孔三维网络状骨架结构。从 TEM 照片中可以明显看出有晶体存在于骨架上,通
过 EDS 分析,这些晶体就是我们掺入的钛元素形成的氧化物晶体,对 TEM 照片
内的晶体面间距的测量结果显示晶体的面间距与锐钛矿型的(1 0 1)的面间距相差
不大。对样品的 XRD 分析虽然得到与标准锐钛矿型的 TiO2 所一致的峰,但是由
于其与 MF 体系的三嗪环的峰在相同的位置,所以并不能肯定此晶型就为