一种复合气凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种复合气凝胶，所述复合气凝胶包括作为衬底的第一气凝胶块体和在衬底表面生长而成的第二气凝胶块体。本发明专利技术还提供了所述复合气凝胶的制备方法。本发明专利技术提供的复合气凝胶，能兼具所含各层气凝胶的不同功能，同时各层之间具有良好的附着力，且具有完整统一的气体通道，孔隙变化小，不会对气体的穿透产生不利影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气凝胶领域，尤其涉及。
技术介绍
目前市面上气凝胶产品，主要通过溶胶-凝胶法、超临界干燥或常压干燥工艺制备得到。目前的复合气凝胶的制备方法，均通过在溶胶-凝胶法前期将各凝胶原料混合，然后在溶胶-凝胶过程中各原料经物理或化学混合，从而得到单层结构的复合气凝胶。该方法得到的复合气凝胶的性能介于复合前的各种气凝胶的性能之间，不能兼具各气凝胶材料的各种功能，不能进行功能复合，难以满足按需应用要求。随着人们对环保理念的推崇，对带有隔热、催化功能的复合材料的要求也越来越高。例如，汽车尾气处理中，需要减少有毒气体(如CO、NO、NO2等)的排放，因此需要在尾气排放时对尾气进行催化，实现少毒排放或无毒排放。而在尾气处理过程中，需要降低排气通道的外表温度，减少对排气周围设备的影响，此时具有复合功能的复合气凝胶材料得到青睐。现有技术中还公开了一种复合气凝胶，通过采用SiO2作为胶黏剂，将密度不同的多种C气凝胶粘结形成具有多层结构的复合气凝胶。该复合气凝胶中，各层气凝胶界面之间为SiO2胶黏层，导致界面过渡明显、孔隙变化较大、上下气凝胶层之间结合力不强，且SiO2胶黏层对气体的穿透具有不利影响，易产生界面阻碍，造成杂质的聚集，影响复合气凝胶的应用性能。
技术实现思路
本专利技术解决了现有技术中存在的复合气凝胶难以兼具各气凝胶的功能、且各气凝胶界面过渡明显、孔隙变化大、结合力不强的技术问题。本专利技术提供了一种复合气凝胶，所述复合气凝胶包括作为衬底的第一气凝胶块体和在衬底表面生长而成的第二气凝胶块体。本专利技术还提供了所述复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤: A、先制备第一气凝胶块体，将所述第一气凝胶块体作为衬底； B、配制第二气凝胶的溶胶液，调节所述溶胶液的pH值使开始凝胶化；然后将所述衬底的一面倒置浸入开始凝胶化的体系中，凝胶化完成后老化、溶剂替换、干燥后形成所述第二气凝胶块体。本专利技术提供的复合气凝胶，为多层结构，包括第一气凝胶块体和第一气凝胶块体表面生长而成的第二气凝胶块体，因此本专利技术的复合气凝胶能兼具第一气凝胶、第二气凝胶的各种功能；同时，第二气凝胶块体在第一气凝胶表面生长而成，使得第一气凝胶与第二气凝胶的之间形成过渡层，所述过渡层为第一气凝胶与第二气凝胶互渗结构，即相邻的两种气凝胶骨架网络相互交叉渗透，使得各层气凝胶之间具有良好的附着力，且相邻的两种气凝胶之间具有完整统一的气体通道，孔隙变化小，不会对气体的穿透产生不利影响。附图说明图1是本专利技术实施例1-2中在第一气凝胶块体表面生长第二气凝胶块体的生产工艺示意图。图2是本专利技术实施例1-2提供的复合气凝胶的结构示意图。图3是本专利技术实施例3-5中在第二气凝胶块体表面生长第三气凝胶块体的生产工艺示意图。图4是本专利技术实施例3-5提供的复合气凝胶的结构示意图。图5是本专利技术实施例6中在第三气凝胶块体表面生长第四气凝胶块体的生产工艺示意图。图6是本专利技术实施例6提供的复合气凝胶的结构示意图。具体实施例方式本专利技术中，气凝胶块体是指直接生成的整体气凝胶，其具有完整的凝胶骨架网络，不是气凝胶粉末，也不是气凝胶薄膜层。本专利技术提供了一种复合气凝胶，所述复合气凝胶包括作为衬底的第一气凝胶块体和在衬底表面生长而成的第二气凝胶块体。本专利技术提供的复合气凝胶，为多层结构，包括第一气凝胶块体和第一气凝胶块体表面生长而成的第二气凝胶块体，因此本专利技术的复合气凝胶能兼具第一气凝胶、第二气凝胶的各种功能。同时，第二气凝胶块体在第一气凝胶表面生长而成，使得第一气凝胶与第二气凝胶的之间形成过渡层，所述过渡层为第一气凝胶与第二气凝胶互渗结构，即相邻的两种气凝胶网络骨架相互交叉渗透，使得各层气凝胶之间具有良好的附着力，且相邻的两种气凝胶之间具有完整统一的气体通道，孔隙变化小，不会对气体的穿透产生不利影响。本专利技术中，所述第二气凝胶块体上还可继续生长第三气凝胶块体、第四气凝胶块体、第五气凝胶块体等，以此类推。例如，所述复合气凝胶具有图2所示结构，具体包括第一气凝胶块体1、第二气凝胶块体2，且第一气凝胶块体I与第二气凝胶块体2之间具有第一过渡层12，该第一过渡层12为第一气凝胶和第二气凝胶的互渗层。或者，所述复合气凝胶具有图4所示结构，具体包括第一气凝胶块体1、第二气凝胶块体2和第三气凝胶3，且第一气凝胶块体I与第二气凝胶块体2之间具有第一过渡层12，该第一过渡层12为第一气凝胶和第二气凝胶的互渗层；第二气凝胶块体2与第三气凝胶3之间具有第二过渡层23，该第二过渡层23为第二气凝胶和第三气凝胶的互渗层。或者，所述复合气凝胶具有图6所示结构，具体包括第一气凝胶块体1、第二气凝胶块体2、第三气凝胶3和第四气凝胶块体4 ;第一气凝胶块体I与第二气凝胶块体2之间具有第一过渡层12，该第一过渡层12为第一气凝胶和第二气凝胶的互渗层；第二气凝胶块体2与第三气凝胶3之间具有第二过渡层23，该第二过渡层23为第二气凝胶和第三气凝胶的互渗层；第三气凝胶块体3与第四气凝胶4之间具有第三过渡层34，该第三过渡层34为第三气凝胶和第四气凝胶的互渗层。本专利技术中，各气凝胶各自独立地选自SiO2气凝胶、TiO2气凝胶、ZrO2气凝胶、C气凝胶、Fe3O4气凝胶、Al2O3气凝胶中的一种。另外，本专利技术提供的复合气凝胶中，相邻的两层气凝胶不同。具体地，第一气凝胶与第二气凝胶不同，第二气凝胶与第三气凝胶不同，第三气凝胶与第四气凝胶不同，以此类推。而对于第一气凝胶、第三气凝胶等可以为同种气凝胶，也可为不同气凝胶，本专利技术没有特殊限定。类似地，第二气凝胶、第四气凝胶等可以为同种气凝胶，也可为不同气凝胶，本专利技术没有特殊限定。例如，具有图2所示结构的复合气凝胶可为C-SiO2型复合气凝胶、SiO2-TiO2型复合气凝胶、SiO2-ZrO2型复合气凝胶或TiO2-ZrO2型复合气凝胶。具有图4所示结构的复合气凝胶可为C-SiO2-TiO2型复合气凝胶、SiO2-TiO2-ZrO2型复合气凝胶、TiO2-SiO2-ZrO2型复合气凝胶或SiO2-ZrO2-TiO2型复合气凝胶。具有图6所示结构的复合气凝胶可为C-SiO2-TiO2-ZrO2型复合气凝胶。本专利技术中，对各气凝胶块体的密度、气孔率以及厚度均没有特殊限定，其可通过实际需要在溶胶阶段进行相应选择。优选情况下，各气凝胶块体的厚度为6-150mm。更优选情况下，各气凝胶块体的厚度为10-60mm ;此厚度在气凝胶生长过程中利于凝胶化控制和超临界干燥成型的完整性。本专利技术中，相邻的两种气凝胶之间的过渡层的厚度一般为l_3mm。单层气凝胶功能单一，而本专利技术提供的复合气凝胶，可以实现具有类似三明治的多层结构的复合气凝胶结构，各层结构特点、功能可以按实际需要加以改变，以满足实际不同需求。例如，可针对不同气凝胶的功能需求，实现不同气凝胶块体厚度的调整；以及针对不同气凝胶的掺杂要求，可添加各种相应助剂、行表面改性或纤维增强，本专利技术没有特殊限定。本专利技术还提供了所述复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤: A、先制备第一气凝胶块体，将所述第一气凝胶块体作为衬底； B、配制第二气凝胶的溶胶液，调节所述溶胶液的pH值使开始凝胶化；然后将所述衬底的一面倒置浸入开始凝胶化的体系中，凝胶化完成后老化、溶剂替换、干燥后形成所述第二气凝胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合气凝胶，其特征在于，所述复合气凝胶包括作为衬底的第一气凝胶块体和在衬底表面生长而成的第二气凝胶块体。

【技术特征摘要】
1.一种复合气凝胶，其特征在于，所述复合气凝胶包括作为衬底的第一气凝胶块体和在衬底表面生长而成的第二气凝胶块体。2.根据权利要去I所述的复合气凝胶，其特征在于，所述第一气凝胶、第二气凝胶各自独立地选自SiO2气凝胶、TiO2气凝胶、ZrO2气凝胶、C气凝胶、Fe3O4气凝胶、Al2O3气凝胶中的一种，且第一气凝胶与第二气凝胶不同。3.根据权利要去I所述的复合气凝胶，其特征在于，所述复合气凝胶还包括在第二气凝胶块体表面生长而成的第三气凝胶块体；所述第三气凝胶选自SiO2气凝胶、TiO2气凝胶、ZrO2气凝胶、C气凝胶、Fe3O4气凝胶、Al2O3气凝胶中的一种，且第二气凝胶与第三气凝胶不同。4.根据权利要去3所述的复合气凝胶，其特征在于，所述复合气凝胶还包括在第三气凝胶块体表面 生长而成的第四气凝胶块体；所述第四气凝胶选自SiO2气凝胶、TiO2气凝胶、ZrO2气凝胶、C气凝胶、Fe3O4气凝胶、Al2O3气凝胶中的一种，且第三气凝胶与第四气凝胶不同。5.根据权利要去1-4任一项所述的复合气凝胶，其特征在于，各气凝胶块体的厚度为6-150mmo6.权利要求1所述复合气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: A、先制备第一气凝胶块体，将所述第一气凝胶块体作为衬底； B、配制第二气凝胶的溶胶液，调节所述第二气凝胶的溶胶液的pH值使开始凝胶化；然后将所述衬底的一面倒置浸入开始凝胶化的体系中，凝胶化完成后老化、溶剂替换、干燥后形成所述第二气凝胶块体。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，第一气凝胶块体浸入第二气凝胶的溶胶液中的深度为3-...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑道勇，陈苏里，高宽，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：