《现代技术陶瓷》 Advanced Ceramics,2018,39(1):1-39 强度以及表面的润湿性能均可精细调控。图5为大规模制备的铜纳米线气凝胶块体。可以看出, 这种金属气凝胶的网络结构是由金属纳米线相互交织构成的,这个相互结合的作用力来源于水结成 冰时体积膨胀所产生的压力。之后, Leventis等人豇3通过纳米熔炼可碳化杂化聚合物-金属氧化物 气凝胶获得了包括Fe、Co、Ni、Sn和Cu在内的各种金属气凝胶。但是, Leventis等人采用的这种 方法一般只能应用于那些可以碳热还原其氧化物的金属。 掺杂Pt、Pd、Au和Cu的SO2、TO2、A2O3气凝胶13-38和碳气凝胶很早之前就已经通 过溶胶-凝胶法制备,但采用直接溶胶-凝胶法制备具备金属骨架的纯金属气凝胶则是最近才首次被 提出42-49。 金属气凝胶包含金属组成的纳米网络结构,它们可以将金属的独特性能(如导电性、热导性、 催化活性、延展性以及可加工性等)与气凝胶的特性(如高比表面积、超轻以及高孔隙率等)相结合, 这赋予了金属气凝胶更多的性能,同时也扩展了气凝胶的应用领域。 本文主要从气凝胶种类(即无机气凝胶,有机气凝胶,碳气凝胶以及金属气凝胶这四类)出发讨 论相应气凝胶的制备工艺以及性能,同时探讨了目前气凝胶研究存在的问题以及今后的主要硏究发 展方向 1无机气凝胶 1.1无机气凝胶的制备工艺 气凝胶的制备主要包含两个过程,即湿凝胶的制备及干燥。制备湿凝胶最常用的方法为溶胶- 凝胶法,而干燥方法则包括超临界干燥、真空冷冻干燥、常压干燥等。干燥过程中应尽量避免凝胶 网络中孔隙坍塌导致凝胶体积的收缩,这是气凝胶材料干燥的关键问题。 1.1.1凝胶法制备湿凝胶 无机氧化物凝胶通常采用醇盐或盐类作为前驱体,采用酸碱两步催化方法制备。这里以正硅酸 四乙酯(CH20O4Si,TEOS)为例简要介绍其制备原理。凝胶网络的形成主要包含水解和缩聚两个过 程。其中,水解过程可以表示为: C2H5O、 OC,H C2H5O、 H,o Choh CH OC, Hs CHO OChS CHo OH C2H5ON OH C2H5O、 CHo HO CHO CHo OH H HO H2O CHoH HO OH 缩聚过程则可以表示为第 1 期 《现代技术陶瓷》 Advanced Ceramics, 2018, 39 (1): 139  5  强度以及表面的润湿性能均可精细调控。图 5 为大规模制备的铜纳米线气凝胶块体[31]。可以看出， 这种金属气凝胶的网络结构是由金属纳米线相互交织构成的，这个相互结合的作用力来源于水结成 冰时体积膨胀所产生的压力。之后，Leventis 等人[3235]通过纳米熔炼可碳化杂化聚合物金属氧化物 气凝胶获得了包括 Fe、Co、Ni、Sn 和 Cu 在内的各种金属气凝胶。但是，Leventis 等人采用的这种 方法一般只能应用于那些可以碳热还原其氧化物的金属。 掺杂 Pt、Pd、Au 和 Cu 的 SiO2、TiO2、Al2O3 气凝胶[14, 3638]和碳气凝胶[3941]很早之前就已经通 过溶胶凝胶法制备，但采用直接溶胶凝胶法制备具备金属骨架的纯金属气凝胶则是最近才首次被 提出[4249]。 金属气凝胶包含金属组成的纳米网络结构，它们可以将金属的独特性能 (如导电性、热导性、 催化活性、延展性以及可加工性等) 与气凝胶的特性 (如高比表面积、超轻以及高孔隙率等) 相结合， 这赋予了金属气凝胶更多的性能，同时也扩展了气凝胶的应用领域。 本文主要从气凝胶种类 (即无机气凝胶，有机气凝胶，碳气凝胶以及金属气凝胶这四类) 出发讨 论相应气凝胶的制备工艺以及性能，同时探讨了目前气凝胶研究存在的问题以及今后的主要研究发 展方向。 1 无机气凝胶 1.1 无机气凝胶的制备工艺 气凝胶的制备主要包含两个过程，即湿凝胶的制备及干燥。制备湿凝胶最常用的方法为溶胶 凝胶法，而干燥方法则包括超临界干燥、真空冷冻干燥、常压干燥等。干燥过程中应尽量避免凝胶 网络中孔隙坍塌导致凝胶体积的收缩，这是气凝胶材料干燥的关键问题。 1.1.1 凝胶法制备湿凝胶 无机氧化物凝胶通常采用醇盐或盐类作为前驱体，采用酸碱两步催化方法制备。这里以正硅酸 四乙酯 (C8H20O4Si，TEOS) 为例简要介绍其制备原理。凝胶网络的形成主要包含水解和缩聚两个过 程。其中，水解过程可以表示为： C2H5O Si OC2H5 C2H5O OC2H5 + H2O H+ C2H5O Si OC2H5 C2H5O OH + C2H5OH C2H5O Si OC2H5 C2H5O OH + H2O H+ C2H5O Si OH C2H5O OH + C2H5OH C2H5O Si OH C2H5O OH + H2O H+ HO Si OH C2H5O OH + C2H5OH HO Si OH C2H5O OH + H2O H+ HO Si OH HO OH + C2H5OH 缩聚过程则可以表示为：