王指正,郭玉香,杨晓东,等.SiO2-Al2O3复合气凝胶常压干燥制备技术研究进展[J].耐火材料,2024,58(2):179-184.
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SiO2-Al2O3复合气凝胶（SAA）具有低密度（0.03~0.15 g·cm-3）、高比表面积（500~1 300 m2·g-1）、低室温热导率（0.01~0.02 W·m-1·K-1）和耐高温等特点，可应用于航空航天、化工冶金、窑炉保温等领域。干燥是去除气凝胶孔隙中溶剂、维持凝胶骨架结构的过程，是制备气凝胶的关键步骤。超临界干燥可以保持骨架结构的完整性，但成本和安全性等问题使工业化生产受到限制。冷冻干燥可以消除毛细管力且操作简单，但制备的气凝胶孔径较大会导致热导率偏高。常压干燥具备制备成本低、可满足工业化大批量生产等优势，具有良好的实际应用前景。（来源：李金哲, 赵永欢, 郑长勇, 等. SiO2-Al2O3复合气凝胶自清洁隔热涂层织物的制备及性能[J].）
常压干燥的优势显而易见，但如果不进行特定的表面处理，在干燥过程中湿凝胶内溶剂挥发伴随毛细管作用力的出现，由于结构分布不均匀导致凝胶结构易坍塌。降低凝胶收缩和开裂程度通常有3种途径[1-2]：①通过添加化学干燥控制剂调节溶胶-凝胶过程，使孔径均匀化，减小由于应力不均衡导致的破裂。②凝胶在老化后表面仍具有大量没有反应的—OH，在干燥时会发生缩聚反应，产生明显收缩甚至导致骨架遭到破坏，通过表面修饰，用憎水基取代亲水羟基，增加溶剂与骨架的接触角，从而达到有效降低毛细管力的目的。③利用低表面张力溶剂替换凝胶内部高表面张力溶剂，可以减小干燥过程中的毛细管力，从而降低其对凝胶骨架网络结构的破坏。
（来源：[1]曹凤朝．高强度氧化地铝气凝胶复合材料的制备研究［D］．[2]ALWIN S, SAHAYA SHAJAN X. Aerogels: promising nanostructured materials for energy conversion and storage applications[J].）常压干燥制备SiO2-Al2O3复合气凝胶的性能研究近年来，随着气凝胶研究的发展，常压干燥制备的SAA具有较好的性能，使其有望在飞机发动机、飞行器热防护和高温设备保温隔热等更多高端领域得到应用。但目前常压干燥制备SAA的研究还处于初级阶段，仍然存在很多不足之处需要改进：（1）提高力学性能。SAA力学性能差，不能进行二次加工。寻找新的纤维、碳纳米管等增强SAA强度且不影响其高温隔热性能的材料与SAA复合成为今后的研究方向之一。另外表面改性可以影响SAA的网络结构，提高SAA的力学性能与高温隔热性能，有利于块状SAA的制备，低成本的高效表面改性剂也需要进一步探究。（2）提高高温隔热性能。低密度、小孔径是决定SAA高温隔热性能的重要因素，通过调整原料配比控制合适的密度和孔径大小，可制备具有高温隔热性能的SAA。中低温时，小孔径、高孔隙率的SAA使热传导过程受限，在高温状态下，由于热辐射在热传导中占主要地位使得传热增强，增加消光系数是降低辐射热导率最有效的方法之一，可通过添加遮光剂降低高温下辐射热传导从而降低传热量。为适应未来发展需求，具有良好隔热性能、可循环使用的SAA应该进一步研究。（3）降低制备成本。从降低原料成本和环保角度考虑，需要进一步探究低品位铝硅酸盐矿石或工业废弃物等原料对常压干燥制备SAA性能的影响。SAA制备成本高限制了规模化批量制备，研究常压干燥取代高成本的超临界干燥和冷冻干燥是未来的发展趋势。目前常压干燥技术制备周期长、干燥过程复杂，在不影响SAA性能的前提下进一步优化制备过程和干燥技术是今后的重点研究方向。郭玉香，辽宁科技大学材料与冶金学院教授、辽宁省鞍山市菱镁行业协会特聘专家。主要从事耐火材料、镁资源高效利用、镁离子电池、气凝胶等方面的研究。先后主持和参加国家科技支撑计划项目、国家自然科学基金、教育部项目、省市及企业项目40余项。在国内外学术期刊发表论文80余篇，授权发明专利20余项。荣获辽宁省科技进步奖一项、中国商业联合会科学技术奖一项、中国菱镁行业协会科学技术奖一项。
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