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第3期 何方等：硅石气凝胶的吸水性能 ,303 0~126.656kPa,分辨率0.133Pa;温度范围：室温~ 图2显示，孔隙率、密度具有类似随温度变化的规 450℃；使用气体：氮气，采用NETZSCH STA409C 律：在700℃以前硅石气凝胶是稳定的，密度和气孔 进行示差扫描量热和热重(DSC/TG)分析测试，测 率变化不大：700℃以后，孔隙率急剧下降，密度急 试气氛为Ar(50%)N2(20%)02(20%),升温速度为 剧增加 10℃min1.NEXUS的FIHR670傅里叶红外光 2.2硅石气凝胶的吸水特征 谱仪用来测试样品的红外光谱特性， 以极性介质一水作为吸附介质，测量未经热 处理和经不同温度热处理的亲水型硅石气凝胶以及 2结果与讨论 疏水型硅石气凝胶的吸附特性，测试是在室温下进 2.1热处理对亲水型硅石气凝胶的主要性能的 行的，表面改性前后的SO2气凝胶以及经过不同 影响 温度热处理后样品的水吸附情况如图3所示. 亲水型硅石气凝胶经不同温度热处理后样品的 1.4 8-1000℃ 比表面积和线收缩率如图1，孔隙率和密度与热处 1.0 2出6 7-800℃ 理温度的关系如图2. 6-700℃ 0.6 5-600℃ 1400 4-500℃ 60 3-300℃ 120 0.2 8 2一表面修饰样品 1000 40 1一未表面修饰样品 2 800 BET比表而 -0.2 30 0100200300400500600 600 400 20 时间h 线收缩 200 10 图3不同热处理温度对硅石气凝胶的吸水率影响 0 Fig-3 Water absorption of silica aerogel after heat treated at dif- 200 500 800 1100 温度/℃ ferent temperatures 图1热处理温度对硅石气凝胶比表面积和线收缩率的影响 从图3可以看出，热处理对S02气凝胶的吸水 Fig-1 Effect of heat-treatment temperature on the BET surface 性能有很大的影响，硅石气凝胶在100h前吸水率 area and line shrinkage of silica aerogel 增加很快(1000℃处理样品和表面修饰样品除外)， 100~200h吸水率增加缓慢，200h后吸水率趋于稳 2.0 100 定，不再增加，吸水达到了饱和状态，但是800℃处 1.6 孔隙率 80 理的样品仍有增加的趋势，这可能与DSC/TG曲线 1.2 0 上800℃后出现的失重相关联（图4）：在800℃的热 0.8 0 60 0.4 1630 表面镂饰样 密度 40 29703400 30 200 500 800 1100 853 1260 温度℃ 未表面修饰样 图2热处理对硅石气凝胶密度和孔隙率的影响 1630 801 2970 Fig.2 Effect of heat-treatment temperature on the bulk density 960 3400 and porosity of silica aerogel 500100015002000250030003500 从图1可知：硅石气凝胶在600℃以下是稳定 波数cml 的，线收缩率不到8%；在600~800℃的范围内收缩 图4表面修饰和未表面修饰样品的红外光谱 几乎呈线性增加；在800℃以后，收缩急剧增加， Fig.4 FT-IR spectra of modified and unmodified silica aerogels 800℃和1000℃时的线收缩率分别达到20%和 50%以上·与此相对应，700℃以后硅石气凝胶的比 处理条件下，气凝胶的结构发生较大的变化，正如图 表面积呈线性快速下降.300℃时比表面积超过 1和图2所示，虽然气凝胶的密度和气孔率变化不 1200m2g1,700℃时仍可保持为800m2g1以 大，但与700℃以前的试样相比，其BET比表面积 上，但在1000℃时只有77m2g1.说明硅石气凝 和线收缩却明显下降，某些具有较小曲率半径的颗 胶在600℃或700℃以后，结构将遭受较大的破坏. 粒蒸发，或被还原成S0气体而溢出（因为有机基团0～126∙656kPa分辨率0∙133Pa；温度范围：室温～ 450℃；使用气体：氮气．采用 NETZSCH STA409C 进行示差扫描量热和热重（DSC／TG）分析测试测 试气氛为 Ar（50％）N2（20％）O2（20％）升温速度为 10℃·min －1．NEXUS 的 FI－IR670傅里叶红外光 谱仪用来测试样品的红外光谱特性． 2 结果与讨论 2∙1 热处理对亲水型硅石气凝胶的主要性能的 影响 亲水型硅石气凝胶经不同温度热处理后样品的 比表面积和线收缩率如图1孔隙率和密度与热处 理温度的关系如图2． 图1 热处理温度对硅石气凝胶比表面积和线收缩率的影响 Fig．1 Effect of heat-treatment temperature on the BET surface area and line shrinkage of silica aerogel 图2 热处理对硅石气凝胶密度和孔隙率的影响 Fig．2 Effect of heat-treatment temperature on the bulk density and porosity of silica aerogel 从图1可知：硅石气凝胶在600℃以下是稳定 的线收缩率不到8％；在600～800℃的范围内收缩 几乎呈线性增加；在800℃以后收缩急剧增加 800℃和1000℃时的线收缩率分别达到20％和 50％以上．与此相对应700℃以后硅石气凝胶的比 表面积呈线性快速下降．300℃时比表面积超过 1200m 2·g －1700℃时仍可保持为800m 2·g －1以 上但在1000℃时只有77m 2·g －1．说明硅石气凝 胶在600℃或700℃以后结构将遭受较大的破坏． 图2显示孔隙率、密度具有类似随温度变化的规 律：在700℃以前硅石气凝胶是稳定的密度和气孔 率变化不大；700℃以后孔隙率急剧下降密度急 剧增加． 2∙2 硅石气凝胶的吸水特征 以极性介质－－－水作为吸附介质测量未经热 处理和经不同温度热处理的亲水型硅石气凝胶以及 疏水型硅石气凝胶的吸附特性测试是在室温下进 行的．表面改性前后的 SiO2 气凝胶以及经过不同 温度热处理后样品的水吸附情况如图3所示． 图3 不同热处理温度对硅石气凝胶的吸水率影响 Fig．3 Water absorption of silica aerogel after heat treated at different temperatures 从图3可以看出热处理对 SiO2 气凝胶的吸水 性能有很大的影响．硅石气凝胶在100h 前吸水率 增加很快（1000℃处理样品和表面修饰样品除外） 100～200h 吸水率增加缓慢200h 后吸水率趋于稳 定不再增加吸水达到了饱和状态．但是800℃处 理的样品仍有增加的趋势这可能与 DSC／TG 曲线 上800℃后出现的失重相关联（图4）：在800℃的热 图4 表面修饰和未表面修饰样品的红外光谱 Fig．4 FT－IR spectra of modified and unmodified silica aerogels 处理条件下气凝胶的结构发生较大的变化正如图 1和图2所示虽然气凝胶的密度和气孔率变化不 大但与700℃以前的试样相比其 BET 比表面积 和线收缩却明显下降某些具有较小曲率半径的颗 粒蒸发或被还原成 SiO 气体而溢出（因为有机基团 第3期 何 方等： 硅石气凝胶的吸水性能 ·303·