SiO2氣凝膠及纖維復(fù)合SiO2氣凝膠隔熱材料表征方法

韋 麗，范金娟，王云英，俞進濤

(1.北京航空材料研究院，北京100095; 2.南昌航空大學(xué)，南昌330063)

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SiO2氣凝膠及纖維復(fù)合SiO2氣凝膠隔熱材料表征方法

韋 麗1,2，范金娟1，*，王云英2，俞進濤1,2

(1.北京航空材料研究院，北京100095; 2.南昌航空大學(xué)，南昌330063)

SiO2氣凝膠及纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料因輕質(zhì)、高效、導(dǎo)熱系數(shù)低等優(yōu)點在保溫隔熱領(lǐng)域備受關(guān)注，應(yīng)用前景廣闊。其隔熱性能、力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成密切相關(guān)。本文對現(xiàn)階段常見的微觀結(jié)構(gòu)、隔熱性能、力學(xué)性能的表征方法做了介紹，常見的有密度、疏水角、晶態(tài)結(jié)構(gòu)、微觀形貌、比表面積及孔徑分布、導(dǎo)熱系數(shù)、化學(xué)組成、熱穩(wěn)定性、抗彎抗壓等。綜述了以上各種表征方法存在的優(yōu)缺點及表征參數(shù)變化說明的問題。各種表征方法得到的表征參數(shù)之間存在緊密聯(lián)系，需要從多角度理解和分析。

氣凝膠；表征；方法

0 引言

SiO2氣凝膠材料是指利用硅質(zhì)原料在適當(dāng)溶劑中水解、縮聚后得到SiO2溶膠，并進行一系列陳化、老化、表面修飾、干燥等后處理工藝制備得的隔熱材料。當(dāng)SiO2濕凝膠經(jīng)過干燥除去溶劑后，固體含量遠大于液體含量，因其內(nèi)部孔洞間充滿氣體，也被稱為“ 固態(tài)煙”。SiO2氣凝膠材料的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使孔隙率高達80%～99.8%，典型孔隙尺寸小于50 nm，網(wǎng)絡(luò)膠體顆粒尺寸為3～20 nm(其宏觀樣品及微觀結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示)[1-3]。由于SiO2氣凝膠中氣體占大部分體積，通常具有輕質(zhì)、導(dǎo)熱系數(shù)小、良好透光性的優(yōu)點，是一種應(yīng)用前景廣泛的的納米孔超級絕熱材料[4]。但是，SiO2氣凝膠存在高溫穩(wěn)定性差(長期使用溫度不高于650 ℃)、脆性大(抗壓、抗折性差)，且大多數(shù)情況下是粉體或小型的塊體材料的缺點，使其應(yīng)用范圍受到限制。目前，在最大程度上維持 SiO2氣凝膠高隔熱性能前提下，改善 SiO2氣凝膠力學(xué)性能顯得尤為迫切，研究表明，最有效的方法是在SiO2溶膠中加入增強纖維，再經(jīng)模壓成型得到成型性好、導(dǎo)熱系數(shù)低的纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料(纖維復(fù)合SiO2氣凝膠SEM照片如圖3所示)[5]，是一類極具發(fā)展?jié)摿Φ母魺岵牧?。SiO2氣凝膠和纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料可應(yīng)用于航空航天、油輪和車輛等交通工具、輸油和蒸汽等工業(yè)管道、電器、建筑行業(yè)，主要作用是中低溫環(huán)境下的隔熱保溫。

圖1 SiO2氣凝膠宏觀照片[2]

圖2 SiO2氣凝膠微觀結(jié)構(gòu)示意圖[3]

SiO2氣凝膠和纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料的微觀結(jié)構(gòu)、隔熱性能、力學(xué)性能必須通過適當(dāng)?shù)谋碚鞣椒▉碚f明。目前，最常用的是通過密度、疏水接觸角、晶態(tài)結(jié)構(gòu)、微觀形貌、比表面及孔徑分布、導(dǎo)熱系數(shù)、化學(xué)組成、熱穩(wěn)定性、抗彎抗壓性來進行表征，考察材料的微觀結(jié)構(gòu)、熱學(xué)、力學(xué)性能。本文對常用的SiO2氣凝膠和纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料表征方法存在的優(yōu)缺點，及如何通過表征參數(shù)分析材料的性能優(yōu)劣進行綜述，對氣凝膠材料基礎(chǔ)研究及工程應(yīng)用研究具有重要意義。

圖3 纖維增強SiO2氣凝膠SEM照片[5]

1 表征方法

1.1 密度

SiO2氣凝膠和纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料的密度是指單位體積內(nèi)材料的質(zhì)量，通常很低，可以通過蒸餾水比重瓶法來測量。通過對密度的測量，可以簡單快速地了解材料的基本物性，無需復(fù)雜設(shè)備，是一種行之有效的方法。此方法適用于疏水性很好的材料，因為遇水會使疏水性差的材料發(fā)生溶解或其他化學(xué)變化，造成密度測試失敗或測得試驗數(shù)據(jù)不可靠。

在常溫常壓下，SiO2氣凝膠材料的密度最低可至0.03 g/cm3。在高溫試驗中可以間接表征SiO2氣凝膠材料的耐溫性，密度變化可以相對地反映出材料隔熱性能的變化。周長靈等[6]通過測量，得到了SiO2氣凝膠材料在200～1 200 ℃下有氧熱處理0.5 h后的密度變化曲線，在較低溫度點密度變化不大，這可以說明SiO2氣凝膠內(nèi)部孔洞結(jié)構(gòu)未被破壞。當(dāng)達到溫度臨界點(400 ℃)密度迅速呈指數(shù)式增長，氣凝膠材料也開始變硬、變緊實，密度相應(yīng)增大，說明材料在高溫下微觀結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，孔洞坍塌，逐漸失去隔熱性能。李雄威等[7]也做了相似的高溫?zé)崽幚碓囼?，熱處理時間為2 h，得到了相似的密度變化曲線，具有規(guī)律性，用密度來簡單表征SiO2氣凝膠材料的隔熱性能變化具有很好的說服力。

1.2 疏水性

考慮到SiO2氣凝膠和纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料通常是以正硅酸甲酯(TMOS)、正硅酸乙酯(TEOS)及水玻璃為前驅(qū)體，用溶膠-凝膠法經(jīng)過超臨界干燥或常壓干燥制得，材料的表面及孔洞會存在大量的硅羥基，易吸附水而開裂導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，且有可能應(yīng)用在濕度較大的惡劣環(huán)境中，一般對其有疏水性要求。

表征材料的疏水性，可以將水滴到該材料的表面，通過靜滴接觸角測試儀測量疏水接觸角θ來準(zhǔn)確判斷。當(dāng)水與材料表面相接觸時，由于界面張力的作用會使浸漬程度不同，通常接觸角在30°以下就認為具有親水性，當(dāng)接觸角在90°以上時具有疏水性，超過150°為超疏水性。在滴水的過程中，最好選用超細針頭，防止水滴過大造成無法測量或出現(xiàn)大幅度偏差，且盡量保持樣品的表面水平，否則水滴會到處滾動。此方法是表征疏水性最精確、最科學(xué)的方法，要求樣品必須盡量平整，表面凹凸不平的樣品不適用。

劉光武等[8]制備的陶瓷纖維復(fù)合SiO2氣凝膠經(jīng)過表面修飾后，表面的硅羥基被非水解有機基團取代，在室溫下測得接觸角θ為146°，具有良好的疏水性，且在400 ℃高溫?zé)崽幚砗笕跃哂袃?yōu)良的疏水性，接觸角為138°。通過試驗前后材料表面疏水接觸角的測量可知變化不大，說明制備的陶瓷纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料從室溫至400 ℃升溫過程中有穩(wěn)定的疏水效果。通過對試驗前后材料表面疏水接觸角的分析可以用來定性地判斷高溫環(huán)境對纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料的疏水性(非水解有機基團)破壞是否嚴(yán)重。

1.3 晶態(tài)結(jié)構(gòu)

對SiO2氣凝膠及纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料而言，了解晶態(tài)結(jié)構(gòu)很有必要。將樣品研磨成粉末，細度應(yīng)在45 μm左右，通過X射線衍射儀可以得到XRD衍射圖。此方法樣品用量少，應(yīng)用廣，非常適合做基礎(chǔ)晶態(tài)研究。

一般在室溫下，SiO2氣凝膠及纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料的XRD圖會顯示樣品在2θ為25°附近出現(xiàn)包峰，這是典型的納米SiO2材料的衍射峰，其他地方均未見明顯衍射峰，說明基體和復(fù)合材料均為無定形結(jié)構(gòu)。但是如果對SiO2氣凝膠進行高溫?zé)崽幚恚谶_到1 000 ℃以上時，SiO2晶粒燒結(jié)成非晶體，納米結(jié)構(gòu)不存在，這時材料的密度也與非晶態(tài)SiO2十分接近。通過對材料XRD衍射圖的分析，可以為試驗過程中材料發(fā)生的具體反應(yīng)提供指導(dǎo)，是一種很重要的表征方法。

1.4 微觀形貌

SiO2氣凝膠及纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料的微觀形貌可以采用場發(fā)射掃描電鏡或透射電鏡來觀察。在場發(fā)射掃描電鏡下，nm級別的顆粒表面微觀形貌一般選用觀察電壓為15～20 kV，放大5萬倍以上。由于非金屬材料在電子束照射下“放電”嚴(yán)重，無法正常觀察，所以必須在觀察前進行噴金處理。在透射電鏡下，可以觀察到納米材料的骨架結(jié)構(gòu)。但是樣品制備非常困難，要求樣品粉末足夠均勻、輕薄、細膩。

譚僖等[9]制備了高純玻璃纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料，從微觀形貌圖可以看出：SiO2顆粒的粒徑與孔徑較均勻，為50～100 nm，具有nm級粒子效應(yīng)(圖4a)；加入玻璃纖維后，SiO2氣凝膠與玻璃纖維結(jié)合狀態(tài)較好，SiO2氣凝膠均勻分布于玻璃纖維的間隙中，填補了纖維內(nèi)部大量μm級甚至mm級的孔洞，同時由于SiO2氣凝膠包裹了玻璃纖維的表面，避免了纖維與纖維之間直接接觸，大大降低了纖維的固體導(dǎo)熱系數(shù)，且玻璃纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得緊實(圖4b)。微觀形貌可以解釋為何纖維復(fù)合SiO2氣凝膠相比SiO2氣凝膠材料隔熱性能變差、力學(xué)性能變好。

1.5 比表面積和孔徑分布

對于SiO2氣凝膠及纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料類多孔隔熱材料而言，比表面積、孔徑大小及分布都是很重要的特征參數(shù)。采用比表面及孔徑分析儀，將待測樣品研磨成粉體，裝在U型管內(nèi)，通入含有N2的混合氣體，根據(jù)測定吸附/脫附前后混合氣體中N2的濃度變化來計算吸附量/脫附量，并得到吸附-脫附等溫曲線和孔徑分布曲線[10]。一般情況下，比表面積的測定范圍是0.1～1 000 m2/g?？讖椒植记€主要反映出多孔材料內(nèi)部微孔的孔徑大小和數(shù)量分布?？讖叫∮?0 nm，屬于小孔；孔徑分布在10～50 nm之間，屬于介孔范圍。

王小東[5]制備的巖棉復(fù)合納米多孔SiO2氣凝膠隔熱材料，比表面積為177.6 m2/g，平均孔徑為80.36 nm。比表面積較低，平均孔徑較大。巖棉復(fù)合納米多孔SiO2氣凝膠隔熱材料的N2吸附-脫附曲線和孔徑分布曲線如圖5所示。N2吸附-脫附等溫線開始時略微凸起，幅度很小，說明在低壓下吸附量/脫附量很小，在材料表面只形成了單分子層；當(dāng)壓力達到一定值，等溫線陡然上升，逐漸產(chǎn)生了多分子層吸附，N2已開始凝結(jié)為液相(圖5a)。圖5b是用脫附支得到的孔徑分布曲線，縱坐標(biāo)為dV/dD(脫附量/孔徑的變化率)，橫坐標(biāo)為D(孔徑大小)，曲線在120、700 nm兩處出峰，峰值表示該孔徑處的數(shù)量比例最大，峰的寬度表示孔徑的均一程度。通過觀察整個孔徑分布曲線，可以了解巖棉復(fù)合納米多孔SiO2氣凝膠隔熱材料的孔徑大小和分布情況，是表征隔熱性能的重要參數(shù)。

圖4 SiO2氣凝膠顆粒和SiO2氣凝膠與纖維復(fù)合的微觀形貌圖[9]

圖5 巖棉復(fù)合納米多孔SiO2氣凝膠的N2吸附-脫附曲線和孔徑分布曲線

由不同干燥工藝得到的材料比表面積和孔徑分布、大小差距很大，常見的有超臨界干燥和常壓干燥。譚僖等[9]對SiO2純氣凝膠和玻璃纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料的比表面積和孔徑分布做了測定，可知常壓干燥的材料比表面積相對超臨界干燥的材料有所降低，但仍維持在正常水平。純SiO2氣凝膠平均孔徑較低，介孔均勻規(guī)則。玻璃纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料相比SiO2純氣凝膠來講，在同樣的干燥條件下，比表面積會大幅下降，孔徑分布不均勻。由于在高溫受熱過程中，SiO2氣凝膠和纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料是利用基體內(nèi)封閉氣孔中氣體的低導(dǎo)熱性來達到隔熱效果的，所以通過對比表面積和孔徑分布的測試，可定性地了解材料的隔熱性。一般來說，若材料經(jīng)受過高溫，會造成納米多孔材料的比表面積降低，粒徑變大，嚴(yán)重時會出現(xiàn)μm級甚至mm級孔洞，影響隔熱效果。

1.6 化學(xué)組成

有關(guān)SiO2氣凝膠及纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料化學(xué)組成表征的文獻中，最方便快速的方法是紅外光譜(FTIR)分析。將材料研磨成粉體，溴化鉀壓片，通過傅里葉變換紅外光譜儀測定。根據(jù)SiO2氣凝膠的紅外吸收光譜中的官能團吸收峰的變化來了解材料的微觀化學(xué)結(jié)構(gòu)?？赡艹霈F(xiàn)新的吸收峰、峰強度增大或吸收峰消失、減弱。比如在高溫試驗中，未處理的材料和高溫處理后的材料對應(yīng)的特征吸收峰肯定會有微小的變化，有利于把握試驗中材料化學(xué)組成的變化。

1.7 導(dǎo)熱系數(shù)

導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料隔熱性能的重要指標(biāo)。一般分為常溫導(dǎo)熱系數(shù)和高溫導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)越高，說明隔熱性能越差。

SiO2氣凝膠及纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料的常溫導(dǎo)熱系數(shù)一般采用平面熱流法，將樣品放入冷熱兩板之間，通過熱流傳感器檢測樣品熱流，從而得到樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。對于高溫導(dǎo)熱系數(shù)一般采用瞬態(tài)平面熱源法，直接測得目標(biāo)溫度的熱擴散率和材料固有的比熱容后，通過程序計算出材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

一般來說，SiO2氣凝膠及纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料隨著高溫?zé)崽幚頊囟仍龃蠛蜁r間的延長，材料的介孔結(jié)構(gòu)受到破壞，導(dǎo)熱系數(shù)相應(yīng)變大，隔熱性能變差。這是因為高溫會使氣凝膠比表面積減小，孔隙減少。總的結(jié)果是：導(dǎo)熱系數(shù)增大，隔熱性能變差。

1.8 熱穩(wěn)定性

對于隔熱材料而言，高溫穩(wěn)定性是最基本的要求。對SiO2氣凝膠及纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料，可以采用熱重-差熱聯(lián)用熱分析儀，在程序控溫下，監(jiān)測不同溫度或時間下材料質(zhì)量的變化或吸熱-放熱情況。一般來說，SiO2純氣凝膠在600 ℃以下熱穩(wěn)定性較好，失重不太嚴(yán)重；600 ℃以上開始快速失重，熱穩(wěn)定性很差。隨著高溫處理溫度增大和時間的延長，氣凝膠材料的熱穩(wěn)定性變差，這是由于多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞，在實際耐溫過程中更容易分解。纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料的熱穩(wěn)定性較SiO2純氣凝膠材料而言有了明顯提高。比如在SiO2氣凝膠中添加陶瓷纖維，由于陶瓷纖維良好的耐熱性，可以使制備的陶瓷纖維復(fù)合SiO2氣凝膠在1 000 ℃以上仍具有很好的隔熱性，非常穩(wěn)定。熱穩(wěn)定性是表征材料隔熱性能必不可少的。

1.9 力學(xué)性能

由于氣凝膠材料在實際使用中，不做承力件應(yīng)用，隔熱材料安裝時常常會受到一些外力。在研究隔熱材料的力學(xué)性能時常用抗壓強度、抗彎強度表征，通常以應(yīng)變10%、25%和50%時的應(yīng)力值來表示其壓縮強度[11-12]。測試設(shè)備選用常見的小噸位電子萬能試驗機，經(jīng)過測試會發(fā)現(xiàn)纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料的壓縮強度與SiO2純氣凝膠材料的壓縮強度相比增大了幾倍甚至幾十倍，這是因為纖維與SiO2氣凝膠形成了一個完好的整體，材料內(nèi)部的大量纖維發(fā)揮增強體的作用，使得抗壓強度提高不少。同時抗彎強度也有提升，但主要取決于增強纖維屬于柔性纖維還是剛性纖維，增強纖維的種類對抗彎強度至關(guān)重要。

1)壓縮性能。

在測試材料壓縮強度過程中，在單軸壓力頭作用下，壓頭與材料接觸部位產(chǎn)生強大應(yīng)力，材料表面出現(xiàn)破壞，不斷加大壓力使得材料徹底破壞。

石小靖等[13]制備的玻璃纖維增韌SiO2氣凝膠復(fù)合材料單軸壓縮曲線如圖6所示，整個壓縮曲線可分為3個部分。在壓縮初始階段是壓頭與材料表面的接觸階段，通常會由于材料表面不完全光滑，壓頭與材料表面不能完全貼合，會造成壓力測試值不準(zhǔn)確。壓縮的第二個階段是線性階段，在材料的應(yīng)變達到大約20%到35%時發(fā)生，此時的壓縮曲線斜率可以認為是單軸壓縮的彈性模量。壓縮的第三個階段是曲線陡然上升，發(fā)生在應(yīng)變超過40%時，應(yīng)力隨應(yīng)變快速上升。材料內(nèi)部由最初的疏散狀態(tài)到最后的緊密壓實，纖維承受了大部分壓力。 莫來石纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料的單軸壓縮曲線圖和玻璃纖維復(fù)合SiO2氣凝膠相似，壓縮應(yīng)力整體上隨形變的增大而呈指數(shù)增大，壓縮強度較SiO2純氣凝膠大大提高。

圖6 玻璃纖維增韌SiO2氣凝膠復(fù)合材料單軸壓縮曲線[13]

2)彎曲性能。

純SiO2氣凝膠的彎曲強度很低，易碎易裂。纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料可承受較大的彎曲應(yīng)力，在純SiO2氣凝膠中加入柔性纖維可使材料承受高達90°的彎曲保持整體基本完好，對氣凝膠的實用性而言是質(zhì)的飛躍。

譚僖等[9]制備的玻璃纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料在彎曲試驗后，撤去彎曲力以后材料恢復(fù)原貌，沒有明顯破壞。在測試中材料雖然會少量“掉渣”，但沒有斷裂。典型的彎曲應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖7所示。彎曲形變-應(yīng)力曲線在開始階段線性上升，發(fā)生彈性形變，隨著應(yīng)力增到最大值時，SiO2氣凝膠內(nèi)部受到輕微破壞、部分纖維發(fā)生斷裂，這是由于SiO2氣凝膠與增強纖維的界面結(jié)合強度不足，但隨著形變量增大彎曲應(yīng)力開始緩慢減小，樣品外觀沒有嚴(yán)重破壞，柔韌性好。

圖7 纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料三點抗彎曲線[9]

2 表征方法的內(nèi)在聯(lián)系

SiO2氣凝膠及纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料微觀結(jié)構(gòu)表征的有：晶態(tài)結(jié)構(gòu)、微觀形貌、化學(xué)組成、比表面積及孔徑分布；熱學(xué)性能表征的有：導(dǎo)熱系數(shù)、熱穩(wěn)定性；力學(xué)性能表征的有：壓縮性能、彎曲性能；宏觀物理性能表征的有：密度、疏水性。表征的側(cè)重點各不相同，但是對于同一種材料而言，以上各項表征參數(shù)的變化不是獨立的，而是相互聯(lián)系的，可以通過比較和分析測試數(shù)據(jù)，得到表征參數(shù)之間內(nèi)在的聯(lián)系規(guī)律。

在SiO2氣凝膠及纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料表征中，首先通過密度的變化我們可以推測材料的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，然后有目的性的去用電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的具體變化。同理，材料的比表面積和導(dǎo)熱系數(shù)也會發(fā)生變化。用比表面積變化曲線也可以來初步判斷，當(dāng)曲線呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，導(dǎo)熱系數(shù)會出現(xiàn)逐漸增大的趨勢。當(dāng)變化的曲線斜率越來越大，可以判斷材料在加速破壞，直至曲線斜率近似趨于一個恒定值時對應(yīng)的微觀形貌，孔道孔洞完全塌陷、燒結(jié)，說明材料已經(jīng)受到嚴(yán)重破壞。隔熱性能和微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)之間的聯(lián)系都非常緊密，需要不斷去試驗才能得出具有說服力的規(guī)律。

3 結(jié)束語

SiO2氣凝膠及纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料在氣凝膠領(lǐng)域中占據(jù)著重要地位，所以有關(guān)材料微觀結(jié)構(gòu)、隔熱性能、力學(xué)性能的表征方法仍在不斷發(fā)展。綜上可知目前適用于表征材料的方法中，導(dǎo)熱系數(shù)的大小可以直接表征隔熱性能好壞，導(dǎo)熱系數(shù)越小隔熱性能越好；抗壓強度和抗彎強度可以直接表征材料的力學(xué)性能，一般來說SiO2氣凝膠材料的抗壓強度和抗彎強度都很低，由于加入了增強纖維，纖維復(fù)合SiO2氣凝膠材料的抗壓強度和抗彎強度都得到了大幅度提升。在實際隔熱應(yīng)用中，材料的熱穩(wěn)定性也相當(dāng)重要，如果熱穩(wěn)定性差，會造成材料無法長時間使用。

通過密度的增大、SiO2氣凝膠微觀形貌出現(xiàn)孔洞坍塌現(xiàn)象、纖維斷裂嚴(yán)重、比表面積銳減可以判斷出材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，隔熱性能變差。這些表征方法無需特別制樣，應(yīng)用廣泛。還有晶態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成表征屬于了解材料最基本的方法，疏水性表征受外部環(huán)境影響較大，結(jié)果可重復(fù)性差，均不能說明材料隔熱性能、力學(xué)性能的好壞。

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Development Situation of Characterization Methods of SiO2Aerogel and Fiber Composites SiO2Aerogel Insulation

WEI Li1,2，F(xiàn)AN Jin-juan1，*，WANG Yun-ying2，YU Jin-tao1,2

(1.BeijingInstituteofAeronauticalMaterials,Beijing100095,China;2.NanchangHangkongUniversity,Nanchang330063,China)

Because of lightness, high efficiency and lower heat conductivity, SiO2aerogel and fiber composites SiO2aerogel insulation materials have attracted much attention and have broad application prospect in the fields of heat preservation and heat insulation. The insulation and mechanical properties of the materials are closely related to the micro-structure and composition. In this paper, the common characterization methods for the micro-structure, insulation and mechanical properties of the materials in the present stage was introduced, such as density, hydrophobic angle, crystal structure, micro-structure, specific surface and pore size distribution, heat conductivity coefficient, chemical composition and thermal stability, anti-pressure and anti-bending properties. Their advantages and disadvantages were analyzed and summarized, and the information indicated by the variation of characterization parameters was analyzed. There is close relationship between the characterization parameters obtained by different characterization methods, so they should be comprehensively analyzed.

aerogel; characterization; methods

2016年3月3日

2016年4月28日

范金娟(1978年-)，女，高級工程師，主要從事非金屬材料損傷與失效分析等方面的研究。

[文獻標(biāo)志碼] A doi: 10.3969/j.issn.1673-6214.2016.03.013

1673-6214(2016)03-0196-07