气凝胶手册PDF电子书下载

第一部分 气凝胶的历史 1

1 气凝胶的历史 3

1.1 Kistler的开创性研究 3

1.2 气凝胶合成化学的进一步研究 6

1.3 气凝胶表征技术与其应用发展 8

1.4 气凝胶最新进展 11

参考文献 12

第二部分 材料与加工：无机物-SiO2基气凝胶 23

2 SiO2气凝胶 25

2.1 详细工艺 25

2.1.1 溶胶-凝胶合成 25

2.1.2 老化 28

2.1.3 干燥 28

2.1.4 合成的灵活性 32

2.2 SiO2气凝胶主要性能与应用 34

2.2.1 织构 34

2.2.2 化学性质 36

2.2.3 物理性能与相关应用 37

2.3 结论 41

参考文献 42

3 疏水SiO2气凝胶：合成、性能与应用评述 54

3.1 前言 54

3.2 气凝胶制备工艺 55

3.2.1 湿溶胶凝胶的形成 55

3.2.2 湿凝胶的干燥 57

3.3 疏水气凝胶 63

3.3.1 什么是气凝胶疏水 63

3.3.2 我们如何测量疏水性 66

3.4 文献综述 69

3.4.1 共前驱体法评述 75

3.4.2 硅烷化方法评述 76

3.4.3 干燥方法对疏水性的影响 78

3.5 应用 78

3.5.1 环境清理与保护 78

3.5.2 生物应用 79

3.5.3 超疏水表面 80

3.6 结论 80

参考文献 80

4 超疏水与弹性气凝胶 87

4.1 前言 87

4.2 合成与表征 88

4.2.1 溶胶-凝胶合成与超临界干燥 89

4.2.2 材料表征 90

4.3 水-表面相互作用 93

4.3.1 水滴滑动 95

4.3.2 液体弹珠：超疏水气凝胶包覆的水滴 95

4.4 力学与弹性性质 96

4.4.1 合成参数对材料弹性的影响 98

4.4.2 机械阻尼的应用潜力 101

4.5 碳氢化合物吸附行为 101

4.5.1 吸附能力 102

4.5.2 脱附率 103

4.5.3 气凝胶的过程可逆性和重复使用 105

4.5.4 经济因素 106

4.6 总结 106

参考文献 107

5 常压干燥硅酸钠基气凝胶 110

5.1 前言 110

5.1.1 SiO2气凝胶 110

5.1.2 为什么使用硅酸钠 111

5.1.3 常压干燥的必要性 112

5.1.4 表面化学改性的必要性 112

5.2 硅酸钠基气凝胶的常压干燥制备 113

5.2.1 通过溶胶-凝胶路线制备凝胶 114

5.2.2 洗涤／溶胶交换／表面改性 116

5.2.3 改性凝胶的干燥 118

5.3 各种工艺参数对气凝胶理化性质的影响 120

5.3.1 溶胶中硅酸钠浓度的影响 120

5.3.2 溶胶pH的影响 120

5.3.3 老化（ta）效应与洗涤（tw）周期 122

5.3.4 所用交换溶剂类型的影响 124

5.3.5 硅烷化试剂的使用量和硅烷化处理持续时间的影响 125

5.3.6 干燥温度的影响 127

5.3.7 关于参数优化的一些注解 127

5.3.8 作为隔热材料的SiO2气凝胶 128

5.4 结论 128

参考文献 129

第三部分 材料与加工：无机物-非硅基气凝胶 133

6 ZrO2气凝胶 135

6.1 前言 135

6.2 氧化锆气凝胶的制备 136

6.3 制备参数对氧化锆气凝胶织构和结构的影响 137

6.3.1 酸浓度的影响 137

6.3.2 水解率（H2O/Zr）的影响 138

6.3.3 锆前驱体浓度的影响 138

6.3.4 超临界干燥温度的影响 138

6.3.5 高温或低温超临界获得的氧化锆气凝胶 138

6.3.6 与干凝胶相比氧化锆气凝胶的优势 139

6.3.7 凝胶老化的影响 139

6.4 氧化锆气凝胶的应用 140

6.4.1 氧化锆气凝胶和催化 140

6.4.2 氧化锆气凝胶和陶瓷 146

6.4.3 氧化锆气凝胶和固体氧化物燃料电池 147

6.5 结论 148

参考文献 148

7 TiO2类气凝胶材料的常压制备 153

7.1 前言 153

7.2 原理 154

7.3 聚合物与表面活性剂模板：方法 154

7.3.1 混合法模板化 155

7.3.2 浸泡法模板化 155

7.3.3 类气凝胶材料的制备 157

7.3.4 干燥与退火凝胶的表征 157

7.4 聚合物与表面活剂模板化：结果 157

7.5 结论 160

参考文献 160

8 无机气凝胶的一种鲁棒合成方法：在溶胶-凝胶合成中使用环氧衍生物 163

8.1 前言 163

8.2 环氧引发凝胶化的机制 164

8.2.1 溶胶形成与凝胶化 164

8.2.2 金属离子的水解和缩合 165

8.2.3 环氧引发的凝胶化 166

8.3 环氧引发凝胶化的气凝胶材料 171

8.3.1 金属氧化物气凝胶 172

8.3.2 混合金属氧化物和复合气凝胶 173

8.4 总结 175

参考文献 176

第四部分 材料与加工：有机-天然与合成气凝胶 181

9 单块和纤维状纤维素气凝胶 183

9.1 前言 183

9.2 纤维素单块气凝胶 184

9.3 纺织应用的纤维素丝 195

9.4 结论 197

参考文献 198

10 纤维素与聚氨酯气凝胶 201

10.1 前言 201

10.2 聚氨酯气凝胶 203

10.2.1 合成 203

10.2.2 工艺和材料 205

10.2.3 杂化与复合材料 209

10.3 纤维素衍生物气凝胶 211

10.3.1 合成 211

10.3.2 过程与材料 214

10.3.3 杂化与复合材料 220

10.4 结论 220

参考文献 221

11 间苯二酚-甲醛气凝胶 226

11.1 前言 226

11.2 间苯二酚-甲醛化学 227

11.2.1 碱催化凝胶化 228

11.2.2 酸催化凝胶化 229

11.3 通过碱催化路线制备的RF气凝胶 230

11.3.1 通过碱催化路线制备RF气凝胶的过程 230

11.3.2 影响通过碱催化路线制备的RF气凝胶结构和性能的因素 231

11.4 酸催化制备的RF气凝胶 233

11.5 酸催化和碱催化RF气凝胶的性能比较 236

11.5.1 化学成分 236

11.5.2 形貌 237

11.6 RF气凝胶的替代途径 238

11.7 RF气凝胶的商业应用 240

11.8 结论 241

参考文献 241

12 具有环保特性的天然气凝胶：碳封存与农药捕获 247

12.1 前言 247

12.2 实验 248

12.2.1 样品制备 248

12.3 结果 249

12.3.1 英石聚集体与合成凝胶间的类比 249

12.3.2 超临界干燥 251

12.3.3 孔特性和分形结构 251

12.3.4 英石土壤中的碳、氮和农药含量 253

12.4 讨论 254

12.5 结论 256

参考文献 257

第五部分 材料与加工：复合气凝胶 261

13 聚合物交联气凝胶 263

13.1 前言 263

13.2 通过与聚合物复合解决气凝胶脆性 264

13.3 聚合物／溶胶-凝胶复合材料的分类 265

13.4 采用预制3D纳米粒子网络的聚合物交联形成Ⅱ类模型2气凝胶 267

13.4.1 通过凝胶化后引入单体的交联 268

13.4.2 提高气凝胶的可加工性 290

13.5 结论 293

参考文献 295

14 间苯二酚-甲醛／金属氧化物有机／无机互穿网络气凝胶 301

14.1 前言 301

14.2 RF与金属氧化物网络的共凝胶 304

14.3 原生RF-MOx气凝胶、干凝胶和X-RF-MOx气凝胶的材料特性 310

14.4 RF与MOx纳米粒子间的反应 316

14.4.1 化学变化 316

14.4.2 RF-MOx体系在裂解过程中的形貌变化 323

14.5 结论 323

参考文献 325

15 改善聚合物增强气凝胶的弹性 330

15.1 前言 330

15.2 己基连接的聚合物增强二氧化硅气凝胶 333

15.2.1 二异氰酸酯增强的气凝胶 333

15.2.2 苯乙烯增强气凝胶 337

15.2.3 来源于乙醇溶剂的环氧增强气凝胶 339

15.3 烷基三烷氧基硅烷基增强的气凝胶 342

15.4 未来的方向 346

15.5 结论 348

参考文献 348

16 含有金属、合金和氧化物纳米粒子嵌入介电基质的气凝胶 352

16.1 前言 352

16.2 含有氧化物纳米颗粒的气凝胶 354

16.3 含有金属和合金纳米粒子的气凝胶 365

16.4 结束语 375

参考文献 376

第六部分 材料与加工：新型气凝胶 383

17 硫族气凝胶 385

17.1 前言 385

17.2 硫族气凝胶的硫解路线：GeS2 385

17.3 硫族气凝胶的团簇连接路线 387

17.3.1 来自主族硫化物团簇和Pt2＋的气凝胶 387

17.3.2 来自MS2- 4（M=Mo,W）离子和Ni2＋（Co2＋）的气凝胶 388

17.4 硫族气凝胶的纳米粒子组装路线 390

17.4.1 CdS气凝胶 390

17.4.2 纳米粒子组装路线在PbS,ZnS和CdSe中的应用：CdSe凝结的氧化效应 392

17.4.3 密度和维度对量子限域效应的影响 393

17.4.4 优化光电发射特性 395

17.4.5 CdSe气凝胶中的形貌控制 395

17.4.6 扩展方法：离子交换 397

17.4.7 扩展方法：碲化物 399

17.5 结论 400

参考文献 400

18 含有生物聚合物的气凝胶：壳聚糖-SiO2杂化气凝胶 403

18.1 前言 403

18.2 合成 405

18.3 性质 407

18.4 化学性质与新型气凝胶材料 409

18.4.1 含铁的壳聚糖-SiO2气凝胶 410

18.4.2 含有过渡金属的气凝胶化学 411

18.4.3 含金的壳聚糖-SiO2气凝胶化学 412

18.4.4 纳米区域内化学反应的扩散控制 416

18.4.5 壳聚糖-SiO2气凝胶与聚合物和其他物质的黏附 416

18.5 结论 418

参考文献 419

19 光刻各向异性气凝胶 421

19.1 前言 421

19.2 一般原理 422

19.3 基质孔隙内纳米粒子的合成 422

19.3.1 红外光刻 423

19.3.2 紫外光刻 424

19.3.3 X射线光刻 425

19.3.4 三维图饰 427

19.4 由聚合物光交联的各向异性 427

19.5 物理性质 430

19.5.1 吸收与发射 430

19.5.2 折射率 432

19.5.3 力学性能 432

19.6 结论 433

参考文献 433

20 超声催化合成气凝胶：超声凝胶 437

20.1 超声凝胶法 437

20.1.1 理解空化 437

20.1.2 超声凝胶 438

20.1.3 超声凝胶过程 439

20.1.4 水解的物理化学 440

20.1.5 实验方案选择 442

20.1.6 超声凝胶的凝胶化 442

20.1.7 超声有机改性硅氧烷（Ormosils） 445

20.2 结构 445

20.2.1 从溶胶到凝胶 445

20.2.2 致密的无机超声气凝胶 447

20.2.3 轻质超声气凝胶 453

20.3 从凝胶到玻璃 455

20.4 机械性能 457

20.5 超声气凝胶的应用 458

20.5.1 生物材料 458

20.5.2 用于CO2封存的纳米复合材料 458

20.6 结论 459

参考文献 460

第七部分 性质 467

21 气凝胶的结构表征 469

21.1 引言 469

21.2 结构参数和相关的实验技术 469

21.3 显微测试 471

21.4 散射技术 476

21.4.1 弹性散射 477

21.4.2 非弹性散射 486

21.5 氦比重法 488

21.6 气体吸附孔隙度测定法 490

21.7 Hg孔度法（压汞法） 500

21.8 热孔度法 504

21.9 其他表征方法 506

21.10 结论 511

参考文献 512

22 气凝胶的力学性能表征 519

22.1 前言 519

22.2 力学性能表征方法 520

22.2.1 DSC,DMA及纳米压痕仪 520

22.2.2 拉伸、压缩及加载-卸载试验 521

22.2.3 蠕变、松弛及恢复试验 521

22.2.4 中等到高应变速率下的试验 521

22.2.5 超声回声试验 522

22.2.6 断裂与疲劳试验 522

22.3 原生气凝胶的力学性能表征 523

22.4 X-Aerogels的力学性能表征 525

22.4.1 动态机械分析 526

22.4.2 弯曲模量与强度 528

22.4.3 低应变速率下的压缩 529

22.4.4 动态压缩 536

22.5 结论 550

参考文献 550

23 气凝胶的热性能 556

23.1 气凝胶中传热的一般特性 556

23.2 光学厚度气凝胶的等效热导率 557

23.2.1 通过固体骨架的传热 558

23.2.2 通过气相的传热 558

23.2.3 辐射传热 562

23.2.4 气凝胶的总等效热导率 563

23.3 光性薄气凝胶的传热性质 571

23.4 气凝胶粉末、颗粒和气凝胶复合材料的热导率 574

23.5 气凝胶的比热 577

23.6 结论 578

参考文献 579

24 气凝胶的原子及介观尺度模拟和建模方法 584

24.1 引言 584

24.2 原子模型 587

24.2.1 基础化学 587

24.2.2 低聚反应和凝胶化模拟 588

24.3 粗粒化模拟 592

24.3.1 硬球凝聚模型 593

24.3.2 柔性粗粒化模型 595

24.4 结论与展望 596

参考文献 597

第八部分 应用：能源 603

25 气凝胶和溶胶-凝胶复合材料作为纳米结构含能材料 605

25.1 前言 605

25.2 气凝胶和溶胶-凝胶法加工的纳米含能材料的属性 606

25.3 通用溶胶-凝胶纳米结构含能材料 607

25.3.1 作为纳米结构含能复合材料的无机气凝胶材料 608

25.3.2 气凝胶和溶胶-凝胶复合纳米结构发火材料 614

25.3.3 用作纳米结构含能复合材料的有机气凝胶材料 619

25.4 小结 624

参考文献 624

26 超级隔热气凝胶：综述 628

26.1 超级隔热：总体需求及建筑领域的特殊需要 628

26.1.1 为什么需要超级隔热 628

26.1.2 关注建筑物隔热 629

26.2 高性能隔热或超级隔热：基础 631

26.2.1 热导率数值范围及传热物理 631

26.2.2 真空隔热板、真空平板玻璃和气凝胶平板玻璃 634

26.3 世界隔热市场概述 635

26.4 超级隔热气凝胶及相关组件的现状 637

26.4.1 超级隔热SiO2气凝胶 637

26.4.2 超级隔热有机气凝胶 641

26.4.3 复合材料和杂化材料 643

26.4.4 商业化产品 644

26.5 基于气凝胶的产品的应用 645

26.5.1 离岸油气 646

26.5.2 航空和航天应用 646

26.5.3 高温 647

26.5.4 低温应用 647

26.5.5 服装和家电（冰箱系统、户外服装和鞋类） 647

26.5.6 进一步考察建筑隔热气凝胶：启动和测试阶段 647

26.6 毒性、健康以及环境问题 649

26.7 结论 649

参考文献 650

第九部分 应用：化学与物理 655

27 气凝胶作为化学传感器平台 657

27.1 引言：为什么采用气凝胶用作传感应用 657

27.2 基于二氧化硅气凝胶平台的光学传感器 658

27.2.1 气凝胶自身的光致发光改性 659

27.2.2 探针核素的共价连接 660

27.2.3 探针核素的静电黏附 661

27.2.4 探针核素的捕获 662

27.2.5 二氧化硅气凝胶用作拉曼散射测量的样品夹持 665

27.2.6 二氧化硅复合材料 665

27.3 基于气凝胶平台的电导率测试传感器 666

27.3.1 二氧化硅气凝胶平台作为电导率测试传感器 666

27.3.2 碳气凝胶复合材料用作电导率传感器 667

27.4 其他在传感应用方面显示出优势的气凝胶平台 667

27.4.1 二氧化钛气凝胶作为传感器平台 667

27.4.2 黏土气凝胶用作传感应用 668

27.5 总结与将来的方向 668

参考文献 669

28 用作高能物理研究的透明二氧化硅气凝胶块料 672

28.1 引言 672

28.2 憎水二氧化硅气凝胶块材 672

28.2.1 制备过程 673

28.2.2 光学性质 674

28.3 气凝胶切伦科夫计数器 674

28.3.1 阈值类切伦科夫计数器 676

28.3.2 成像环切伦科夫计数器 677

28.4 KEK B-factory实验 678

28.4.1 目标 678

28.4.2 BELLE探测器中的气凝胶切伦科夫计数器 678

28.4.3 B-factory的结果 679

28.5 其他实验的成绩 681

28.6 “松下”二氧化硅气凝胶的规格 681

28.7 结论 682

参考文献 683

29 用于玻璃合成的二氧化硅气凝胶的烧结：应用到核废物密封装置中 686

29.1 前言 686

29.2 通过溶胶-凝胶过程获得的玻璃 688

29.3 密封过程原理 689

29.4 二氧化硅气凝胶寄主材料的合成 690

29.4.1 部分烧结的气凝胶 690

29.4.2 复合气凝胶 691

29.4.3 渗透性 691

29.5 核玻璃-陶瓷的合成 691

29.6 玻璃-陶瓷的表征 692

29.6.1 结构 692

29.6.2 水腐蚀行为 694

29.6.3 核玻璃-陶瓷的力学特性 696

29.7 结论 697

参考文献 698

第十部分 应用：生物医学与制药 703

30 气凝胶的生物医学应用 705

30.1 引言 705

30.2 气凝胶作为心血管植入器件 706

30.3 气凝胶用作组织工程基底 711

30.4 气凝胶用作药物传递系统 713

30.5 在生物医学应用中气凝胶的未来 715

30.6 结论 715

参考文献 715

31 气凝胶的制药应用 717

31.1 前言 717

31.2 二氧化硅气凝胶用作药物的寄主基质（药物载体） 718

31.2.1 通过吸附作用的气凝胶负载 718

31.2.2 药物从二氧化硅气凝胶的释放 721

31.3 改良气凝胶：官能团对药物吸附和释放动力学的影响 723

31.3.1 吸附 723

31.3.2 释放动力学 723

31.4 采用二氧化硅气凝胶的制药配方 726

31.4.1 半固体配方 726

31.4.2 固体配方 727

31.5 在气凝胶中的药物的结晶和析出 729

31.6 气凝胶作为酶类和蛋白质的载体 731

31.7 有机气凝胶作为药物传递系统 733

31.7.1 药物释放 734

31.8 基于生物聚合物的气凝胶用作药物载体 735

31.9 结论 736

参考文献 737

第十一部分v应用：太空和机载 741

32 气凝胶在太空探索中的应用 743

32.1 前言 743

32.2 超速粒子捕获 744

32.2.1 最初的有关轨道的研究 744

32.2.2 Stardust任务 744

32.2.3 提议中的SCIM任务 749

32.2.4 非二氧化硅气凝胶 751

32.2.5 热量计式气凝胶 753

32.3 隔热，绝热 754

32.3.1 2003火星探险漫游者 754

32.3.2 火星科学实验室 756

32.3.3 热电 757

32.3.4 高级Stirling放射性同位素产生器 762

32.4 低温流体约束 763

32.5 结论 766

参考文献 766

33 机载超声换能器 770

33.1 用于超声传感的换能器 770

33.2 气凝胶的声学特性 772

33.3 超声换能器设计 774

33.4 气凝胶声学匹配层的加工 776

33.5 气凝胶超声换能器 777

33.6 结论 782

参考文献 782

第十二部分 应用：金属工业 783

34 气凝胶用于铸造应用 785

34.1 铸造所需模具制备的一般知识 785

34.2 模具和核芯的功能要求 786

34.3 间苯二酚-甲醛（RF）气凝胶作为黏合剂 787

34.4 AeroSand的力学特性 788

34.5 RF气凝胶-砂混合物的干燥 791

34.6 热分解 793

34.7 气体渗透性（透气性） 794

34.8 碳气凝胶作为黏接材料 796

34.9 气凝胶作为铸造砂的纳米添加剂 798

34.10 在固化和浇铸研究中的气凝胶 801

34.10.1 形状填充 801

34.10.2 气凝胶用作定向凝固 805

34.11 结论 808

参考文献 809

第十三部分 应用：艺术 811

35 气凝胶雕塑：一种自由维度的空间艺术 813

35.1 艺术家看气凝胶 813

35.2 关于艺术的发展和实现 814

参考文献 830

第十四部分 应用：其他 831

36 碳气凝胶的制备和应用 833

36.1 前言 833

36.2 碳气凝胶的合成 835

36.2.1 RF气凝胶的合成 835

36.2.2 碳气凝胶的制备 836

36.3 碳气凝胶的表征 837

36.3.1 扫描电镜（SEM） 837

36.3.2 氮吸附测量 838

36.3.3 X射线衍射 839

36.4 过程控制对碳气凝胶结构的影响 841

36.4.1 干燥过程 841

36.4.2 高温分解技术（碳化） 842

36.5 应用 843

36.5.1 电学应用 843

36.5.2 氢存储和吸附 844

36.5.3 催化剂载体 845

36.5.4 作为隔热材料 845

36.5.5 其他应用 846

36.6 结论 846

参考文献 846

第十五部分 商用产品 855

37 气凝胶材料消费产品的制造以及市场预测与分析 857

37.1 前言 857

37.2 绝热方案 857

37.2.1 目前的隔热材料 857

37.2.2 合成革新 858

37.3 气凝胶产品的市场机会 859

37.3.1 气凝胶产品的革新扩散 859

37.3.2 互联网和气凝胶 860

37.3.3 产品成本和障碍 861

37.4 “短期的绝佳机会”与气凝胶产品 862

37.4.1 潮湿及压力下的测试结果 863

37.4.2 Wal-Mart中的气凝胶产品 863

37.4.3 气凝胶的消费意识 864

37.4.4 流行Vs性能 865

37.4.5 成本因素 866

37.5 在消费市场气凝胶的商业化总结 866

参考文献 867

38 Cabot公司气凝胶产品：众多应用的通用特性 868

38.1 前言 868

38.2 Cabot气凝胶 868

38.3 历史 869

38.3.1 时间线：Cabot领先气凝胶生产 869

38.4 应用 870

38.4.1 建筑采光 870

38.4.2 楼房隔热 871

38.4.3 油气管道 871

38.4.4 工业和低温应用 872

38.4.5 户外装备和服装 873

38.4.6 特制化学品和涂料 873

38.4.7 个人护理 873

38.5 产品 874

38.5.1 特性 875

38.5.2 绿色材料 876

38.6 结论 877

参考文献 877

39 美洲气凝胶公司：有机气凝胶的商业化 878

39.1 前言 878

39.2 历史 878

39.3 Aerocore描述：小孔面积材料 879

39.4 商业化观察 882

39.5 结论 883

参考文献 883

40 纳诺高科气凝胶超级隔热材料 884

40.1 关于纳诺高科 884

40.1.1 纳诺高科大事记 885

40.2 主要产品 886

40.2.1 柔软隔热毛毡（FM） 886

40.2.2 隔热板（IP） 886

40.2.3 隔热用柱形和特制形状部件（CS） 887

40.2.4 采光板（TP） 890

40.2.5 气凝胶粉末，颗粒（AP）以及块体 891

40.3 应用领域和客户 893

40.4 研发以及将来的应用 894

40.5 结论 895

参考文献 895

41 OKAGEL：高隔热采光系统 897

41.1 前言 897

41.2 隔热能力 898

41.3 半透明隔热材料 899

41.4 二氧化硅气凝胶 901

41.5 多功能，高隔热Facade元件 902

41.6 应用 902

41.7 结论 904

参考文献 905

第十六部分 结论 907

42 结束语和展望 909

词汇与缩略语 911

名词索引 935