ゾル-ゲル法による多成分系エアロゲルの作製とキャラクタリゼーション

溶胶-凝胶法多组分气凝胶的制备及表征

• 批准号: 05750618
• 负责人: 忠永 清治
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Osaka Prefecture University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750618/
• 关键词: ゾル-ゲル法; エアロゲル; 多孔質体; 化学修飾; 金属アルコキシド; 比表面積; 細孔分布; 気孔率

エアロゲルは、ゾル-ゲル法で作製したゲルを超臨界乾燥することによって得られる気孔率90%以上の極めて密度の小さい多孔質体であるが、これまではおもにシリカ単成分のみの研究が行われ、多成分系のゲルを容易に作製できるというゾル-ゲル法の特徴を活かした多成分系のエアロゲルの作製はほとんど報告されていない。本研究は、ゾル-ゲル法によって作製したSiO_2-Al_2O_3 2成分系ゲルを超臨界乾燥させることによってエアロゲルを作製し、その特性を評価することを目的として行ったものである。得られた成果を以下に示す。1.Al_2O_3成分の原料としてAl(O-Bu)_3用いる際、加水分解速度を制御するためにアセト酢酸エチルによって化学修飾することが効果的であった。この化学修飾されたAl-アルコキシドの加水分解挙動を調べたところ、ゲル化点においても約70%のアセト酢酸エチルが配位したままであることがわかった。2.化学修飾されたAl(O-Bu)_3とテトラエトキシシランを原料とし、溶媒としてイソプロピルアルコールを用いてウェットゲルを作製した。このウェットゲルを、270℃、12MPaの条件で超臨界乾燥を行うことによって、エアロゲルを作製することができた。このエアロゲルは、半透明、密度約0.17g/cm^3、収縮率約20%であった。3.種々のSi/Al=0.2付近で極大を示すことがわかった。Si/Al=0.17の場合、800℃で432m^2/g、1000℃で296m^2/gという値が得られ、高温で熱処理しても大きな比表面積を維持していることがわかった。4.窒素吸着法によって細孔分布を求めたところ、100-200A程度の比較的大きな細孔が多く存在することがわかった。

气凝胶是通过对溶胶-凝胶法制备的凝胶进行超临界干燥而获得的孔隙率为90%以上的极低密度多孔材料，但迄今为止的研究主要集中在单一成分的二氧化硅上。关于利用溶胶-凝胶法轻松生产多组分凝胶的能力来生产多组分气凝胶的报道很少。本研究的目的是对溶胶-凝胶法制备的SiO_2-Al_2O_3二元凝胶进行超临界干燥制备气凝胶，并评价其性能。所得结果如下所示。 1.当使用Al(O-Bu)_3作为Al_2O_3组分的原料时，用乙酰乙酸乙酯进行化学改性可以有效控制水解速率。当我们研究这种化学改性的醇铝盐的水解行为时，我们发现即使在凝胶点，大约 70% 的乙酰乙酸乙酯仍保持配位。 2.以化学改性Al(O-Bu)_3和四乙氧基硅烷为原料，异丙醇为溶剂，制备湿凝胶。通过将该湿凝胶在 270°C 和 12 MPa 下进行超临界干燥，可以生产气凝胶。该气凝胶呈半透明状，密度约为0.17g/cm^3，收缩率约为20%。 3.发现各种值在Si/Al=0.2附近呈现最大值。在Si/Al=0.17的情况下，得到800℃时432m^2/g、1000℃时296m^2/g的值，表明即使在高温热处理后仍保持较大的比表面积。 4、用氮气吸附法测定孔隙分布时，发现有很多100-200A左右较大的孔隙。

项目成果

N.Kamijo: "Soft X-ray XAFS:Local Structureof Mullite Gels from Modified Aluminium-Alkoxides" Journal of Non-Crystalline Solids. (印刷中). (1994)

N. Kamijo：“软 X 射线 XAFS：改性铝醇盐的莫来石凝胶的局部结构”非结晶固体杂志（1994 年）。

K.Tadanaga: "Precursor Structure and Hydrolysis-Gelation Process of Al(O-sec-Bu)_3 Modified with Ethylacetoacetate" Journal of Sol-Gel Science and Technology. 3(印刷中). (1994)

K. Tadanaga：“乙酰乙酸乙酯改性的 Al(O-sec-Bu)_3 的前体结构和水解凝胶过程”《溶胶-凝胶科学与技术》杂志 3（出版中）。

南努: "エアロゲルの作製と特性(解説)" 化学. 48. 360-361 (1993)

Tsutomu Minami：“气凝胶的制备和性能（评论）”化学 48. 360-361 (1993)。