《现代技术陶瓷》 Advanced Ceramics,2018,39(1):1-39 胶包括SO2、Al2O3、TiO2、MgO、Cr2O3、MoO2、ZrO2、Nb2O3、SnO2、B2O3等;金属氧化物气 凝胶包括Cu/A2O3、Pd/Al2O3、NAl2O3等;二元氧化物气凝胶包含Al2OySO2、P2OSO2、B2O/SO2 Nb2O5/SO2、Er2O3SiO2、CuO/A2O3、 NIO/Al2O3等;三元氧化物气凝胶有 CuO/ZnO/Al2O3 B2OyP2OSiO2、MgOA2OSO2、Pb/Mg/Nb3O3、B2OyP2OSO2等。表1列出了几种常见无机 氧化物气凝胶的一些性能参数。 表1几种常见无机氧化物气凝胶的性能参数 Table I Performance parameters of several common inorganic oxide aerogels 156-681 Surface area Density The Size of Primary Aerogel type particle /nm Porosity 500~1200 ~0.003 2~10 80%~998% 00~60 0.05 Al,O3 ZrO, 130~500 ~0.06 2~20 80%~98% Fe,O3 7~18 1.1.2湿凝胶的干燥 凝胶的干燥关键在于将湿凝胶网络中的液体用气体替代,这个过程中应尽量保持凝胶的网络结 构不被破坏,因而干燥方法对凝胶的性质有很大的影响。在干燥过程中,网状凝胶孔隙中的液体开 始蒸发时,由于分子力的作用而产生表面张力,由此产生的毛细管力为 2 其中,为气液之间的界面能,θ为接触角,r为孔洞的半径。正是这个作用力使得湿凝胶的网络结 构收缩阿。当凝胶结构的强度不能抵抗液体产生的张力时,就会导致孔隙的收缩和塌陷。目前,避 免这种现象发生最有效的方法是超临界干燥方法!2。 超临界干燥:当流体的温度和压力处于其 临界压力和临界温度之上时,则称该流体处于超 临界状态。当流体处于超临界状态时,其区 Ipercritical 别于一般流体最大的优势在于其气液界面的消 失。因而,进行超临界干燥可使对孔隙结构有破 坏作用的毛细张力急剧减小甚至消失,从而避免 孔洞的塌陷,保持湿凝胶原有的结构。这种方法 是最普遍的一种干燥方法(图7)。 vapor 超临界干燥法按交换溶剂的临界温度高低 可分为两类:高温超临界干燥法和低温超临界干 Temperature To 燥法。表2列出了几种常用超临界溶剂的临界温 图7超临界干燥过程原理示意图 度(Tc)和临界压力(Po Figure 7 The principle of supercritical drying process 高温超临界干燥采用的溶剂主要有醇类和 酮类等,这几种溶剂的临界温度都很高(超过200°℃)。采用高温超临界干燥方法进行干燥时,首先 在密闭环境中缓慢地对凝胶进行加热加压,使凝胶骨架间的流体逐渐达到超临界状态,然后再通过第 1 期 《现代技术陶瓷》 Advanced Ceramics, 2018, 39 (1): 139  7  胶包括 SiO2、Al2O3、TiO2、MgO、Cr2O3、MoO2、ZrO2、Nb2O5、SnO2、B2O3 等；金属氧化物气 凝胶包括 Cu/Al2O3、Pd/Al2O3、Ni/Al2O3等；二元氧化物气凝胶包含 Al2O3/SiO2、P2O5/SiO2、B2O3/SiO2、 Nb2O5/SiO2、Er2O3/SiO2、CuO/Al2O3、NiO/Al2O3 等；三元氧化物气凝胶有 CuO/ZnO/Al2O3、 B2O3/P2O5/SiO2、MgO/Al2O3/SiO2、Pb/Mg1/3/Nb2/3O3、B2O3/P2O5/SiO2 等。表 1 列出了几种常见无机 氧化物气凝胶的一些性能参数。 表 1 几种常见无机氧化物气凝胶的性能参数[5668] Table 1 Performance parameters of several common inorganic oxide aerogels [5668] Aerogel type Surface area / m2 g1 Density / gcm3 The Size of Primary particle / nm Porosity SiO2 500 ~ 1200 ~ 0.003 2 ~ 10 80% ~ 99.8% TiO2 200 ~ 600 ~ 0.050 2 ~ 50 80% ~ 95% Al2O3 300 ~ 700 ~ 0.037  85% ~ 99% ZrO2 130 ~ 500 ~ 0.060 2 ~ 20 80% ~ 98% Fe2O3 > 140 ~ 0.200 7 ~ 18 85% ~ 95% 1.1.2 湿凝胶的干燥 凝胶的干燥关键在于将湿凝胶网络中的液体用气体替代，这个过程中应尽量保持凝胶的网络结 构不被破坏，因而干燥方法对凝胶的性质有很大的影响。在干燥过程中，网状凝胶孔隙中的液体开 始蒸发时，由于分子力的作用而产生表面张力，由此产生的毛细管力为： r P 2 L cos  (1) 其中，L为气液之间的界面能，θ 为接触角，r 为孔洞的半径。正是这个作用力使得湿凝胶的网络结 构收缩[69]。当凝胶结构的强度不能抵抗液体产生的张力时，就会导致孔隙的收缩和塌陷。目前，避 免这种现象发生最有效的方法是超临界干燥方法[7072]。 超临界干燥：当流体的温度和压力处于其 临界压力和临界温度之上时，则称该流体处于超 临界状态[73]。当流体处于超临界状态时，其区 别于一般流体最大的优势在于其气液界面的消 失。因而，进行超临界干燥可使对孔隙结构有破 坏作用的毛细张力急剧减小甚至消失，从而避免 孔洞的塌陷，保持湿凝胶原有的结构。这种方法 是最普遍的一种干燥方法 (图 7)。 超临界干燥法按交换溶剂的临界温度高低 可分为两类：高温超临界干燥法和低温超临界干 燥法。表 2 列出了几种常用超临界溶剂的临界温 度 (TC) 和临界压力 (PC)。 高温超临界干燥采用的溶剂主要有醇类和 酮类等，这几种溶剂的临界温度都很高 (超过 200C)。采用高温超临界干燥方法进行干燥时，首先 在密闭环境中缓慢地对凝胶进行加热加压，使凝胶骨架间的流体逐渐达到超临界状态，然后再通过 图 7 超临界干燥过程原理示意图[74] Figure 7 The principle of supercritical drying process