一種氧化鍺和氧化鋨雜化氣凝膠復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種氣凝膠的制備方法，具體講，涉及一種氧化鍺和氧化鋨氣凝膠復 合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002] 氣凝膠是指以納米顆粒相互聚集構成的納米多孔網絡為骨架，并在網絡骨架孔隙 中充滿氣態分散介質的輕質納米固態材料。氣凝膠作為一種納米材料，除具有納米材料的 特性外，還具有其他優異性能，如:極高的孔隙率、高比表面積、極低的密度、低的熱導率和 低的聲音傳播速率等，在催化、航天、醫藥、能源、建筑和冶金等方面有著巨大的應用前景。
[0003] 同時，氣凝膠種類也得到了極大豐富，如金屬氣凝膠，有機氣凝膠和碳氣凝膠，至 此越來越多的新型氣凝膠逐步被開發出來。
[0004] 氧化鍺可廣泛用于制作高純金屬鍺、鍺化合物、化工催化劑、醫藥工業，PET樹脂、 電子器件等;例如，含氧化鍺的玻璃有較高的折射率和色散性能，可作為廣角照相機和顯微 鏡鏡頭。為了進一步拓展氣凝膠的發展，本發明將首次闡述具有獨特結構和性能的氧化鍺 和氧化鋨雜化氣凝膠復合材料的制備方法，能更好的推動該類材料的發展和應用，同時拓 寬了氣凝膠的種類，推動了氣凝膠科技的發展。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種高比表面積、低密度、高孔隙率、低導熱及收縮率小的氧 化鍺和氧化鋨雜化氣凝膠復合材料的制備方法;本發明提供的技術方案制作工藝簡單、易 操作，且首次制備出性能優異的氧化鍺和氧化鋨雜化氣凝膠。
[0006] 實現本發明目的技術方案如下：
[0007] -種氧化鍺和氧化鋨雜化氣凝膠復合材料的制備方法，所述復合材料包括氧化鍺 和氧化鋨雜化氣凝膠、無機纖維材料，所述制備方法包括如下步驟：
[0008] 1)無機纖維材料的處理：150~200 °C下，干燥無機纖維4~6小時;將無機纖維浸入 按無機纖維、蒸餾水、表面活性劑及偶聯劑重量比為1:2~4:0.004~0.008:0.012~0.02的 比例配制的表面處理劑溶液后，于160~220 °C下烘干1~3小時，冷卻得表面處理后的無機 纖維；
[0009] 其中，所述無機纖維為玻璃纖維，所述玻璃纖維包括按質量百分比計的下述組份： Si〇2,6〇-65%;Al2〇3，15-22%;CaO,5-10%;MgO,5-15% ;ZnO,〇-2%;Ti〇2，l-3%;Fe2〇3,〇-1%；Β2〇3,1-7% ；
[0010] 2)氧化鍺和氧化鋨雜化溶膠的制備:將氯化鍺、氯化鋨、醇類物質、去離子水、環氧 丙烷和催化劑按照摩爾比為0.5~1:0.5~2:10~50:10~40:0.05~0.5:10-4~10-2的比 例配制混合液，攪拌10~20min靜置后，得氧化鍺和氧化鋨雜化溶膠；
[0011] 3)浸滲:用步驟2)的氧化鍺和氧化鋨雜化溶膠浸滲經步驟1)處理后的無機纖維材 料；
[0012] 4)制備氧化鍺和氧化鋨雜化氣凝膠復合材料:于50~80°C下，使步驟3)所得浸滲 物中的氧化鍺和氧化鋨雜化溶膠發生膠凝，得氧化鍺和氧化鋨雜化凝膠；20~50°C老化20 ~50h后，經乙醇或二氧化碳超臨界干燥后；在惰性氣體保護下，將氧化鍺和氧化鋨雜化氣 凝膠復合材料進行高溫煅燒，得氧化鍺和氧化鋨雜化氣凝膠復合材料。
[0013] 進一步的，所述步驟4)中惰性氣體為氮氣、氦氣或氖。所述步驟4)中高溫煅燒溫度 為600 ~1200°C。
[0014] 進一步的，所述醇類物質為甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。所述催化劑為鹽酸、硫酸、磷 酸、甲酸、乙酸、乙二酸或氫氟酸。所述偶聯劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、Ν-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷。所述表面活性劑為 十二烷基二甲基芐基氯化銨、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基二甲基氧化胺、十二烷基二甲基 胺乙內酯或甘油聚氧乙烯醚。
[0015]進一步的，所述方法制備的氧化鍺和氧化鋨雜化凝膠比表面積350~450m2/g，孔 隙率70~80%。所述方法制備出的氧化鍺和氧化鋨雜化氣凝膠復合材料在1000°C下的熱導 率小于0.035w/m · k，收縮率小于3.4%。
[0016] 和最接近的現有技術比，本發明提供的技術方案具有以下優異效果：
[0017] 1、本發明提供的技術方案制備工藝簡單、易操作，適合大規模生產，且首次制備出 性能優異的氧化鍺和氧化鋨雜化氣凝膠。
[0018] 2、本發明提供的技術方案制備出高比表面積、低密度、高孔隙率的氧化鍺和氧化 鋨雜化氣凝膠，其優異性能為比表面積350~450m2/g以上、密度0.13~0.20g/m3、孔隙率70 ~80%〇
[0019] 3、本發明提供的技術方案制備出的氧化鍺和氧化鋨雜化氣凝膠復合材料在1000 °〇下的熱導率小于0.035w/m · k，收縮率小于3.4%。
[0020] 4、本發明提供的技術方案，拓寬了氧化鍺材料的發展和應用。
【具體實施方式】
[0021] 下面將結合本發明實施例進一步的對技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描 述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例， 本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0022] 實施例1
[0023] 1)無機纖維材料的處理:200°C下，干燥無機纖維6小時;將無機纖維浸入按無機纖 維、蒸餾水、表面活性劑及偶聯劑重量比為1:4:0.008:0.02的比例配制的表面處理劑溶液 后，于220°C下烘干1小時，冷卻得表面處理后的無機纖維；
[0024]其中，無機纖維為玻璃纖維；
[0025] 2)氧化鍺和氧化鋨雜化溶膠的制備:將氯化鍺、氯化鋨、醇類物質、去離子水、環氧 丙烷和催化劑按照摩爾比為1:0.5:10:10:0.05:10- 4的比例配制混合液，攪拌20min靜置后， 得氧化鍺和氧化鋨雜化溶膠；
[0026] 3)浸滲:用步驟2)的氧化鍺和氧化鋨雜化溶膠浸滲經步驟1)處理后的無機纖維材 料；
[0027] 4)制備氧化鍺和氧化鋨雜化氣凝膠復合材料:于80°C下，使步驟3)所得浸滲物中 的氧化鍺和氧化鋨雜化溶膠發生膠凝，得氧化鍺和氧化鋨雜化凝膠；50°C老化20h后，經超 臨界干燥后;在惰性氣體氮氣保護下，將氧化鍺和氧化鋨雜化氣凝膠復合材料進行600°C高 溫煅燒，得氧化鍺和氧化鋨雜化氣凝膠復合材料。
[0028] 實施例2
[0029] 1)無機纖維材料的處理：150°C下，干燥無機纖維6小時;將無機纖維浸入按無機纖 維、蒸餾水、表面活性劑及偶聯劑重量比為1:2:0.004:0.012的比例配制的表面處理劑溶液 后，于160°C下烘干3小時，冷卻得表面處理后的無機纖維；
[0030] 其中，無機纖維為玻璃纖維；
[0031] 2)氧化鍺和氧化鋨雜化溶膠的制備:將氯化鍺、氯化鋨、醇類物質、去離子水、環氧 丙烷和催化劑按照摩爾比為0.5:2:50:40:0.5:10_ 2的比例配制混合液，攪拌15min靜置后， 得氧化鍺和氧化鋨雜化溶膠；
[0032] 3)浸滲:用步驟2)的氧化鍺和氧化鋨雜化溶膠浸滲經步驟1)處理后的無機纖維材 料；
[0033] 4)制備氧化鍺和氧化鋨雜化氣凝膠復合材料:于50°C下，使步驟3)所得浸滲物中 的氧化鍺和氧化鋨雜化溶膠發生膠凝，得氧化鍺和氧化鋨雜化凝膠；20°C老化50h后，經乙 醇或二氧化碳超臨界干燥后;在惰性氣體氖保護下，將氧化鍺和氧化鋨雜化氣凝膠復合材 料進行1200°C高溫煅燒，得氧化鍺和氧化鋨雜化氣凝膠復合材料。
[0034] 實施例3
[0035] 1)無機纖維材料的處理：180°C下，干燥無機纖維5小時;將無機纖維浸入按無機纖 維、蒸餾水、表面活性劑及偶聯劑重量比為1:3:0.006:0.016的比例配制的表面處理劑溶液 后，于200°C下烘干2小時，冷卻得表面處理后的無機纖維；
[0036]其中，無機纖維為玻璃纖維；
[0037] 2)氧化鍺和氧化鋨雜化溶膠的制備:將氯化鍺、氯化鋨、醇類物質、去離子水、環氧 丙烷和催化劑按照摩爾比為1::30:20:0.1:10- 3的比例配制混合液，攪拌20min靜置后，得氧 化鍺和氧化鋨雜化溶膠；
[0038] 3)浸滲:用步驟2)的氧化鍺和氧化鋨雜化溶膠浸滲經步驟1)處理后的無機纖維材 料；
[0039] 4)制備氧化鍺和氧化鋨雜化氣凝膠復合材料:于70°C下，使步驟3)所得浸滲物中 的氧化鍺和氧化鋨雜化溶膠發生膠凝，得氧化鍺和氧化鋨雜化凝膠;40°C