柔性有机硅气凝胶的制备及其高温无机化转变研究

摘要

二氧化硅气凝胶以其低密度、高孔隙率等特性在高温隔热领域显示出广阔的应用前景,但其脆性和高成本的超临界干燥方式限制了其应用。本研究以乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)和乙烯基甲基二甲氧基硅烷(VMDMS)为前驱体,通过溶胶凝胶、常压干燥制备了具有高柔性的海绵状有机硅气凝胶,并研究了前驱体摩尔比对气凝胶微观结构和压缩回弹性能的影响,以及气凝胶分别在高温有氧和无氧环境中的无机化转变过程。结果表明,随着前驱体中VTMS/VMDMS比例增加,气凝胶颗粒变小且堆积更紧密,其压缩回弹性能也随之降低;在800℃空气氛围中,气凝胶通过侧基的氧化和主链Si-O-Si的断裂、重排转化为无机SiO_(2);在800℃N_(2)氛围中,气凝胶通过裂解反应转化为无机SiO_(2)和游离碳的混合体,1000~1400℃进一步处理后SiO_(2)和游离碳经碳热还原反应生成SiO_(4)、SiCO_(3)、SiC_(2)O_(2)和SiC_(3)O等无定形的Si-O-C结构和少量β-SiC纳米线;经1200℃碳热还原反应生成的Si-O-C结构具有最优的耐高温氧化性能,可为制备耐高温氧化Si-O-C气凝胶提供参考。