
片来源:高工产研新能源研究所(GGII)整理,2022年6月
SiO2气凝胶作为一种防火隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料,是目前生产技术及商业化应用最为成熟的产品。
SiO2 气凝胶通常采用溶胶-凝胶法进行制备:首先选择合适的硅源和催化剂,并让硅源在催化剂条件下进行水解,水解产物中携带的羟基基团进行缩合反应后形成溶胶,溶胶粒子以链状结构组成粒子团簇,在容器中形成湿凝胶,最后通过干燥工艺将湿凝胶中的水分或溶剂除去,即可制得干凝胶,也称为气凝胶。制备过程中硅源的类型、催化剂的性能、以及干燥工艺的选择,都是影响SiO2 气凝胶结构与性能的重要因素。
硅源的选择:硅源大体上可以分为单一硅源、复合硅源、功能性硅源三大类,而单一硅源按照材料种类又可细分为无机硅源(硅酸钠)与有机硅源(正硅酸甲酯(TMOS)、正硅酸乙酯(TEOS))两种。以正硅酸甲酯和正硅酸乙酯为代表的有机硅源虽然成本相对较高,但是具有工艺适应性好、产品纯度高等显著优势,是目前规模化生产二氧化硅凝胶的主流选择。
干燥工艺:干燥工艺是SiO2 气凝胶由湿凝胶向干凝胶转变的关键步骤。干燥工艺要求在除去湿凝胶网络结构中填充的溶剂的同时,还要保持其网络结构不被破坏,目前工业化生产中主要使用超临界干燥技术和常压干燥技术。一般情况下,超临界干燥技术往往选择有机硅作为硅源进行生产,设备投资与能耗均高于常压干燥技术,但是产品纯度相对较高。