[发明专利]复合硅石气凝胶材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种复合硅石气凝胶材料及其制备方法与应用。该复合硅石气凝胶材料的制备原料按质量份计包括硅前驱体80份～95份及TiOsubgt;2/subgt;纳米片5份～20份，TiOsubgt;2/subgt;纳米片嵌插于硅前驱体反应形成的三维网格结构中。该复合硅石气凝胶不仅热导率低、比表面积大，隔热性能好，尤其在高温下仍具有良好的隔热效果，且机械性能良好。该复合硅石气凝胶材料通过溶胶‑凝胶法制备。硅前驱体水解制备硅溶胶，然后加入TiOsubgt;2/subgt;纳米片，老化，干燥得到复合硅石气凝胶材料。该复合硅石气凝胶材料的制备方法的制备工艺简单环保，无需严苛的制备条件，有利于实现大量生产。且制备得到的复合硅石气凝胶材料不仅隔热性能良好，且机械性能良好，有利于应用在隔热材料的制备。

技术领域

本发明涉及气凝胶材料技术领域，具体涉及一种复合硅石气凝胶材料及其制备方法与应用。

背景技术

硅石气凝胶材料(silica aerogel)因其巨大的表面积、多孔性和结构多样性而受到广泛的关注。与传统的泡沫材料不同，硅石气凝胶材料是一种纳米多孔材料，孔的直径为1nm到50nm之间，粒子线度为几个纳米，具有三维的网络状结构。硅石气凝胶材料密度很低，最低只有0.03g/cm³，是空气的三倍，孔隙度高达99.8％，正因如此，它有小的折射率、低的杨氏模量、低的热导率、低的介电常数、极高的比表面积，在诸多领域例如隔热、电子、催化等领域具有广泛的应用；尤其是作为核反应堆的隔热材料，硅石气凝胶材料是最有前景的应用材料之一。

硅石气凝胶材料一般通过溶胶-凝胶法制备。在合成过程中通常采用超临界干燥工艺以保证其具有足够大的孔隙率。但与此同时，硅石气凝胶材料由于其较大的孔隙率和极低的固相含量，所表现出来的机械强度极低，同时脆性较大，这极大的限制了硅石气凝胶材料的实际应用。为了改善硅石气凝胶材料的机械性能，通常在硅石气凝胶材料中掺杂纤维材料以增强其机械性能。然而掺杂纤维材料的硅石气凝胶材料尽管机械性能有所提升，但掺杂的纤维材料会降低硅石气凝胶材料的隔热性能，还存在容易“掉粉”的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够同时兼顾隔热性能与机械性能的复合硅石气凝胶材料及其制备方法与应用。

本发明的一个方面，提供了一种复合硅石气凝胶材料，其制备原料按照质量份数计，包括：

硅前驱体 80份～95份；以及

TiO₂纳米片 5份～20份；

其中，所述TiO₂纳米片嵌插于所述硅前驱体经水解、老化、超临界干燥形成的三维网格结构中。

上述复合硅石气凝胶材料的制备原料包括硅前驱体及TiO₂纳米片，二维的TiO₂纳米片嵌插于硅前驱体反应形成的三维网格结构中。复合硅石气凝胶材料的机械性能良好，杨氏模量及抗压强度均有提升，而且隔热性能良好。TiO₂纳米片的加入在降低材料热导率的同时也提高了材料的比表面积，因而隔热性能良好，尤其是在高温下该复合硅石气凝胶材料仍具有良好的隔热效果，适用于制备隔热材料。

在其中一些实施例中，所述硅前驱体选自正硅酸乙酯及正硅酸甲酯中的一种。

在其中一些实施例中，所述TiO₂纳米片的厚度为0.5nm～1.5nm。

在其中一些实施例中，所述复合硅石气凝胶材料的热导率为0.03W/m·K～0.05W/m·K；所述复合硅石气凝胶材料的比表面积为500m²/g～800m²/g。

在其中一些实施例中，所述复合硅石气凝胶材料的抗压强度为2.0MPa～6.0MPa。