一種氧化鍺和氧化鋁雜化氣凝膠復(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鋁氣凝膠復(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，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特結(jié)構(gòu)和性能的氧化鍺 和氧化鋁雜化氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，能更好的推動該類材料的發(fā)展和應(yīng)用，同時拓 寬了氣凝膠的種類，推動了氣凝膠科技的發(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 化鍺和氧化鋁雜化氣凝膠復(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)異的氧化鍺和氧化鋁雜化氣凝膠。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案如下：
[0007] -種氧化鍺和氧化鋁雜化氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，所述復(fù)合材料包括氧化鍺 和氧化鋁雜化氣凝膠、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;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，冷卻得表面處理后的無機(jī) 纖維；
[0009] 其中，所述無機(jī)纖維為氮化硼纖維，所述氮化硼纖維平均纖維直徑為10nm~ 700nm，氮化硼纖維為氮化硼納米管形成；
[0010] 2)氧化鍺和氧化鋁雜化溶膠的制備:將氯化鍺、氯化鋁、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，得氧化鍺和氧化鋁雜化溶膠；
[0011] 3)浸滲:用步驟2)的氧化鍺和氧化鋁雜化溶膠浸滲經(jīng)步驟1)處理后的無機(jī)纖維材 料；
[0012] 4)制備氧化鍺和氧化鋁雜化氣凝膠復(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鋁雜化溶膠發(fā)生膠凝，得氧化鍺和氧化鋁雜化凝膠；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，將氧化鍺和氧化鋁雜化氣 凝膠復(fù)合材料進(jìn)行高溫煅燒，得氧化鍺和氧化鋁雜化氣凝膠復(fù)合材料。
[0013] 進(jìn)一步的，所述步驟4)中惰性氣體為氮氣、氦氣或氖。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-γ-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錯雜化凝膠比表面積350~450m2/g，孔 隙率80~90%。所述方法制備出的氧化鍺和氧化鋁雜化氣凝膠復(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)異的氧化鍺和氧化鋁雜化氣凝膠。
[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 鋁雜化氣凝膠，其優(yōu)異性能為比表面積350~450m2/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鋁雜化氣凝膠復(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。
【具體實施方式】
[0021] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例進(jìn)一步的對技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描 述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022] 實施例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;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，冷卻得表面處理后的無機(jī)纖維；
[0024] 其中，無機(jī)纖維為氮化硼纖維，氮化硼纖維平均纖維直徑為200nm，氮化硼纖維為 氮化硼納米管形成；
[0025] 2)氧化鍺和氧化鋁雜化溶膠的制備:將氯化鍺、氯化鋁、醇類物質(zhì)、去離子水、環(huán)氧 丙烷和催化劑按照摩爾比為1:0.5:10:10:0.05:10-4的比例配制混合液，攪拌20min靜置后， 得氧化鍺和氧化鋁雜化溶膠；
[0026] 3)浸滲:用步驟2)的氧化鍺和氧化鋁雜化溶膠浸滲經(jīng)步驟1)處理后的無機(jī)纖維材 料；
[0027] 4)制備氧化鍺和氧化鋁雜化氣凝膠復(fù)合材料:于80°C下，使步驟3)所得浸滲物中 的氧化鍺和氧化鋁雜化溶膠發(fā)生膠凝，得氧化鍺和氧化鋁雜化凝膠；50°C老化20h后，經(jīng)超 臨界干燥后;在惰性氣體氮氣保護(hù)下，將氧化鍺和氧化鋁雜化氣凝膠復(fù)合材料進(jìn)行600°C高 溫煅燒，得氧化鍺和氧化鋁雜化氣凝膠復(fù)合材料。
[0028] 實施例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;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，冷卻得表面處理后的無機(jī)纖維；
[0030] 其中，無機(jī)纖維為氮化硼纖維，氮化硼纖維平均纖維直徑為100nm，氮化硼纖維為 氮化硼納米管形成；
[0031] 2)氧化鍺和氧化鋁雜化溶膠的制備:將氯化鍺、氯化鋁、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， 得氧化鍺和氧化鋁雜化溶膠；
[0032] 3)浸滲:用步驟2)的氧化鍺和氧化鋁雜化溶膠浸滲經(jīng)步驟1)處理后的無機(jī)纖維材 料；
[0033] 4)制備氧化鍺和氧化鋁雜化氣凝膠復(fù)合材料:于50°C下，使步驟3)所得浸滲物中 的氧化鍺和氧化鋁雜化溶膠發(fā)生膠凝，得氧化鍺和氧化鋁雜化凝膠；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，將氧化鍺和氧化鋁雜化氣凝膠復(fù)合材 料進(jìn)行1200°C高溫煅燒，得氧化鍺和氧化鋁雜化氣凝膠復(fù)合材料。
[0034] 實施例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;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，冷卻得表面處理后的無機(jī)纖維；
[0036] 其中，無機(jī)纖維為氮化硼纖維，氮化硼纖維平均纖維直徑為300nm，氮化硼纖維為 氮化硼納米管形成；
[0037] 2)氧化鍺和氧化鋁雜化溶膠的制備:將氯化鍺、氯化鋁、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::30:20:0.1:10-3的比例配制混合液，攪拌20min靜置后，得氧 化鍺和氧化鋁雜化溶膠；
[0038] 3)浸滲:用步驟2)的氧化鍺和氧化鋁雜化溶膠浸滲經(jīng)步驟1)處理后的無機(jī)纖維材 料；
[0039] 4)制備氧化鍺和氧化鋁雜化氣凝膠復(fù)合材料:于70°C下，使步驟3)所得浸滲物中 的氧化鍺和氧化鋁雜化溶膠發(fā)生膠凝，得氧