高性能气凝胶材料

气凝胶曾被《科学》杂志誉为“可以改变世界的神奇材料”，曾经因性质优异创下15项“吉尼斯世界纪录”。气凝胶有望作为隔热保温材料、阻燃材料、隔音材料、高效吸附材料、催化剂载体材料、光学器件及电极能源材料等得到广泛应用。 《高性能气凝胶材料》是国家出版基金项目“优选化工材料关键技术丛书”的一个分册。由教育部长江学者、国家“973”计划项目首席科学家、南京工业大学材料科学与工程学院院长沈晓冬教授主编

《高性能气凝胶材料》是“优选化工材料关键技术丛书”的一个分册。 本书是南京工业大学气凝胶纳米材料研究团队二十年部分研究成果的总结性专著，详细介绍了与高性能气凝胶纳米材料基础理论、关键核心技术、主要生产工艺和重点应用等密切相关的研究成果，包括：气凝胶基本原理；氧化硅气凝胶及其复合材料的制备和性能；氧化硅气凝胶的功能化改性及吸附性能；稻壳为原料制备氧化硅气凝胶的方法及吸附性能；氧化铝和氧化钛气凝胶的制备；载紫杉醇磁靶向四氧化三铁气凝胶的制备及性能；炭/氧化铝复合气凝胶的制备和表征；碳化硅气凝胶的制备、结构和性能；聚酰亚胺气凝胶的制备、改性、结构和性能；石墨烯基气凝胶的制备及催化和气体传感性能等。 本书内容代表了国内外近年来在气凝胶材料领域的研究水平，对于气凝胶及其复合材料的科学技术研究具有重要的参考价值，对气凝胶材料生产和应用具有实际指导作用。 本书适合材料、化工领域，尤其是从事气凝胶材料科研、开发和生产工作的科技人员阅读，也可供高等院校无机非金属材料、功能材料、化学、化工及相关专业师生参考。

沈晓冬，南京工业大学教授，“973计划”项目首席科学家、教育部“无机非金属材料及应用”创新团队带头人。兼任国家新材料产业发展战略咨询委员会委员，中国海洋材料产业技术创新联盟副理事长，中国建材联合会科技教育委员会副主任，教育部高等学校材料类专业教学指导委员会委员，中国绝热节能材料协会副会长、首席专家兼气凝胶材料分会会长，中国硅酸盐学会绝热分会副理事长、水泥分会副理事长，江苏省硅酸盐学会副理事长，江苏省复合材料学会监事长等职务。获江苏省十大杰出专利发明人和南京市十大科技之星等称号。 三十多年来一直从事硅酸盐材料基础研究、技术开发、成果转化与新材料产业化工作。在气凝胶纳米材料、高性能低碳水泥以及优选电池材料等方面取得了众多创新成果。攻克了耐高温气凝胶网络结构调控与低成本制备关键技术，实现了产业化和工程应用。创办中国气凝胶材料国际学术研讨会，创建中国气凝胶材料行业协会组织，建立中国气凝胶材料产业体系。作为“水泥低能耗制备与高效应用的基础研究”（“973计划”项目）首席科学家，带领团队在水泥的高性能、低碳化与长寿命等方面开展创新研究。在硅酸盐水泥熟料矿物水化活性本质、阿利特晶体结构调控、熟料矿物组成优化等基础研究以及技术开发与工业应用等方面取得了重要成果。 发表400余篇学术论文，获中国发明专利50件，美国、日本与欧洲等国发明专利5件，主编专著5部。获国家科技进步二等奖1项、省部级科学技术一等奖2项、二等奖等8项，获江苏省高等教育教学成果特等奖1项。 崔升，教授，博导。现任南京工业大学材料科学与工程学院副院长兼电光源材料研究所副所长、中国建筑材料联合会建材行业气凝胶材料重点实验室副主任、南工大-航天806所“航天特种热防护材料技术联合实验室”主任等。中国绝热节能材料协会常务理事/副秘书长兼气凝胶分会副会长/秘书长、中国材料研究学会青委会理事、中国硅酸盐学会绝热材料分会理事等。美国佐治亚理工学院访问学者。 主要研究方向为气凝胶材料、纳米复合材料、光电功能材料等。承担了国家自然科学基金、前沿技术基础加强项目、前沿技术配套项目、江苏省重点研发计划项目、江苏省临床医学专项项目等60余项。气凝胶和光电材料等相关技术转让/合作多家企业并实现规模化生产，主办气凝胶国际学术研讨会和产业创新发展大会等。在Energy & Environmental Science、Chemical Communications、Acta Biomaterialia等发表论文200余篇，授权国家发明专利50余项，参编国家标准1项。获教育部技术发明二等奖等。

第一章 绪 论 001
第一节 气凝胶概述 002
一、气凝胶定义 003
二、气凝胶制备 003
三、气凝胶结构 007
四、气凝胶隔热机理 024
第二节 气凝胶材料应用 027
一、隔热领域 027
二、隔声领域 028
三、光学领域 028
四、电学领域 029
五、催化领域 031
六、环保领域 032
七、其他领域 033
第三节 气凝胶技术展望 033
参考文献 035
第二章 氧化硅气凝胶的制备与表征 039
第一节 氧化硅气凝胶的制备 040
一、硅源和溶剂的选择 042
二、催化剂的选择与催化方法 043
三、催化剂对醇凝胶的影响 043
四、醇凝胶的影响因素 046
五、醇凝胶老化 050
六、超临界干燥工艺 051
第二节 氧化硅气凝胶的表征 054
一、孔结构分析 054
二、微观形貌分析 055
三、傅里叶红外光谱分析 056
四、热失重分析 056
五、耐温性分析 057
参考文献 058
第三章 氧化硅气凝胶复合材料及隔热性能 061
第一节 氧化硅气凝胶复合材料的纤维增强 062
一、纤维增强氧化硅气凝胶复合材料工艺参数设计及制备 063
二、短切纤维对氧化硅气凝胶复合材料性能的影响 065
三、无机纤维毡对氧化硅气凝胶复合材料性能的影响 068
第二节 氧化硅气凝胶复合材料的遮光改性 078
一、遮光改性氧化硅气凝胶复合材料工艺参数设计与制备 079
二、遮光剂掺入方式对氧化硅气凝胶复合材料性能的影响 081
三、偶联剂对遮光改性氧化硅气凝胶复合材料的影响 086
四、遮光剂掺入量对氧化硅气凝胶复合材料的影响 090
五、遮光剂种类对氧化硅气凝胶复合材料的影响 097
六、新型低热导氧化硅气凝胶绝热复合材料的应用研究 099
参考文献 101
第四章 氧化硅气凝胶功能化改性及吸附性能 105
第一节 CO2吸附用氨基功能化氧化硅气凝胶 106
一、CO2吸附测试方法和原理 107
二、氨基改性SiO2气凝胶 113
三、氨基杂化SiO2气凝胶 113
四、钛掺杂氨基杂化SiO2气凝胶 121
五、氨基杂化RF/SiO2复合气凝胶 130
第二节 重金属离子吸附用氨基改性氧化硅气凝胶 139
一、Cu2+吸附 139
二、Cr3+吸附 146
三、其他重金属离子吸附 148
第三节 有机物吸附用疏水氧化硅气凝胶 149
一、烷烃吸附 149
二、苯类有机物吸附 154
三、硝基类有机物吸附 156
四、其他有机物吸附 160
第四节 氨气吸附用超亲水氧化硅气凝胶 161
一、氨气吸附研究进展 161
二、超亲水SiO2气凝胶制备及氨气吸附性能 163
参考文献 166
第五章 稻壳为原料制备氧化硅气凝胶 169
第一节 由稻壳制备高纯纳米SiO2 170
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