正版 高性能气凝胶材料 中国化工学会 组织编写 沈晓冬、崔升

第一章 绪　论 001

第一节　气凝胶概述 002

一、气凝胶定义 003

二、气凝胶制备 003

三、气凝胶结构 007

四、气凝胶隔热机理 024

第二节　气凝胶材料应用 027

一、隔热领域 027

二、隔声领域 028

三、光学领域 028

四、电学领域 029

五、催化领域 031

六、环保领域 032

七、其他领域 033

第三节　气凝胶技术展望 033

参考文献 035

第二章 氧化硅气凝胶的制备与表征 039

第一节　氧化硅气凝胶的制备 040

一、硅源和溶剂的选择 042

二、催化剂的选择与催化方法 043

三、催化剂对醇凝胶的影响 043

四、醇凝胶的影响因素 046

五、醇凝胶老化 050

六、超临界干燥工艺 051

第二节　氧化硅气凝胶的表征 054

一、孔结构分析 054

二、微观形貌分析 055

三、傅里叶红外光谱分析 056

四、热失重分析 056

五、耐温性分析 057

参考文献 058

第三章 氧化硅气凝胶复合材料及隔热性能 061

第一节　氧化硅气凝胶复合材料的纤维增强 062

一、纤维增强氧化硅气凝胶复合材料工艺参数设计及制备 063

二、短切纤维对氧化硅气凝胶复合材料性能的影响 065

三、无机纤维毡对氧化硅气凝胶复合材料性能的影响 068

第二节　氧化硅气凝胶复合材料的遮光改性 078

一、遮光改性氧化硅气凝胶复合材料工艺参数设计与制备 079

二、遮光剂掺入方式对氧化硅气凝胶复合材料性能的影响 081

三、偶联剂对遮光改性氧化硅气凝胶复合材料的影响 086

四、遮光剂掺入量对氧化硅气凝胶复合材料的影响 090

五、遮光剂种类对氧化硅气凝胶复合材料的影响 097

六、新型低热导氧化硅气凝胶绝热复合材料的应用研究 099

参考文献 101

第四章 氧化硅气凝胶功能化改性及吸附性能 105

第一节　CO2吸附用氨基功能化氧化硅气凝胶 106

一、CO2吸附测试方法和原理 107

二、氨基改性SiO2气凝胶 113

三、氨基杂化SiO2气凝胶 113

四、钛掺杂氨基杂化SiO2气凝胶 121

五、氨基杂化RF/SiO2复合气凝胶 130

第二节　重金属离子吸附用氨基改性氧化硅气凝胶 139

一、Cu2+吸附 139

二、Cr3+吸附 146

三、其他重金属离子吸附 148

第三节　有机物吸附用疏水氧化硅气凝胶 149

一、烷烃吸附 149

二、苯类有机物吸附 154

三、硝基类有机物吸附 156

四、其他有机物吸附 160

第四节　氨气吸附用超亲水氧化硅气凝胶 161

一、氨气吸附研究进展 161

二、超亲水SiO2气凝胶制备及氨气吸附性能 163

参考文献 166

第五章 稻壳为原料制备氧化硅气凝胶 169

第一节　由稻壳制备高纯纳米SiO2 170

一、高纯纳米SiO2制备 171

二、高纯纳米SiO2结构分析 177

第二节　由稻壳超临界干燥制备SiO2气凝胶 179

一、水玻璃制备及影响因素 179

二、SiO2气凝胶制备及影响因素 182

第三节　由稻壳常压干燥制备SiO2气凝胶 190

一、SiO2气凝胶制备及改性工艺 191

二、多步溶剂置换-表面改性工艺 192

三、一步溶剂置换-表面改性制备SiO2气凝胶的结构与性质 197

四、一步溶剂置换-表面改性机理 202

第四节　氨基改性SiO2气凝胶及其CO2吸附性能 203

一、氨基改性SiO2气凝胶的制备 205

二、氨基改性SiO2气凝胶的结构和性质 205

参考文献 210

第六章 其他氧化物气凝胶 213

第一节　Al2O3气凝胶 214

一、Al2O3气凝胶制备方法 214

二、影响Al2O3气凝胶性能的主要因素 218

三、Al2O3气凝胶的失效机理 221

第二节　TiO2基气凝胶 222

一、TiO2气凝胶 223

二、TiO2/SiO2复合气凝胶 226

第三节　载紫杉醇磁靶向四氧化三铁气凝胶制备及性能 231

一、多孔朵状Fe3O4气凝胶微球制备 231

二、载紫杉醇磁靶向气凝胶微球制备及药物释放行为 238

三、载紫杉醇磁靶向气凝胶微球裸鼠体内抑瘤分析 243

参考文献 245

第七章 炭/氧化铝复合气凝胶 249

第一节　炭/氧化铝复合气凝胶制备及影响因素 250

一、碳源与铝源反应摩尔比的影响 252

二、合成工艺参数对凝胶时间的影响 254

三、合成工艺参数对气凝胶表观性质的影响 255

第二节　炭/氧化铝复合气凝胶组织结构分析 258

一、红外光谱分析 258

二、热重-差示扫描热分析 259

三、微观形貌分析 259

四、物相组成分析 262

五、孔结构分析 264

第三节　碳纤维毡增强C/Al2O3复合气凝胶隔热材料 271

一、碳纤维毡增强C/Al2O3复合气凝胶隔热材料的制备 272

二、微观形貌分析 273

参考文献 274

第八章 碳化硅气凝胶 275

第一节　碳化硅气凝胶制备方法 276

一、碳化硅气凝胶制备研究进展 276

二、碳化硅气凝胶制备关键影响因素 281

三、碳化硅气凝胶表征 283

第二节　碳化硅气凝胶组织结构生长演变 285

一、溶胶-凝胶过程组织结构生长机制 285

二、热处理过程组织结构演变规律 286

第三节　碳化硅气凝胶形成机理 292

一、碳热还原机理 292

二、镁热还原机理 295

第四节　氨基功能化碳化硅气凝胶 296

一、氨基功能化碳化硅气凝胶的制备与结构演变 296

二、氨基功能化碳化硅气凝胶CO2吸附性能 299

第五节　纤维增强碳化硅气凝胶 300

参考文献 303

第九章 聚酰亚胺气凝胶 305

第一节　聚酰亚胺气凝胶制备方法概述 306

一、两步法制备PI气凝胶 306

二、一步法制备PI气凝胶 308

第二节　羧基功能化聚酰亚胺气凝胶 308

一、羧基功能化聚酰亚胺气凝胶合成与表征 308

二、羧基功能化聚酰亚胺气凝胶CO2吸附性能 315

第三节　含酰胺基聚酰亚胺气凝胶 319

一、含酰胺基聚酰亚胺气凝胶合成与表征 319

二、含酰胺基聚酰亚胺气凝胶性能 323

第四节　ODA/DABA共聚聚酰亚胺气凝胶 325

一、ODA/DABA共聚聚酰亚胺气凝胶合成与表征 325

二、共聚聚酰亚胺气凝胶性能 330

第五节　聚酰亚胺/SiO2复合气凝胶 332

一、聚酰亚胺/SiO2复合气凝胶合成与表征 332

二、聚酰亚胺/SiO2复合气凝胶性能 337

参考文献 339

第十章 石墨烯基气凝胶 341

第一节　磁性铁钴LDH负载氧化石墨烯气凝胶 343

一、磁性铁钴LDH负载氧化石墨烯气凝胶制备 343

二、工艺参数的确定 343

三、掺杂GO的磁性铁钴LDH负载氧化石墨烯气凝胶样品表征 345

第二节　金属单原子气凝胶 351

一、金属单原子气凝胶的制备 351

二、工艺参数的确定 353

三、Co（0.5%）-N（1%）-GA表征 355

四、密度泛函理论计算 361

第三节　rGO-TiO2气凝胶材料 364

一、rGO-TiO2气凝胶材料制备 364

二、可见光催化CO2还原测试结果 365

三、催化性研究 367

四、rGO-TiO2气凝胶的表征 369

第四节　W18O49/rGA气凝胶 373

一、W18O49/rGA气凝胶的制备 373

二、气体传感测试系统 374

三、W18O49/rGA气凝胶的晶体结构 375

四、W18O49/rGA气凝胶的微观结构 376

五、W18O49/rGA气凝胶的气敏性能 377

参考文献 379

索 引 380

沈晓冬，南京工业大学教授，“973计划”项目首席科学家、教育部“无机非金属材料及应用”创新团队带头人。兼任国家新材料产业发展战略咨询委员会委员，中国海洋材料产业技术创新联盟副理事长，中国建材联合会科技教育委员会副主任，教育部高等学校材料类专业教学指导委员会委员，中国绝热节能材料协会副会长、首席专家兼气凝胶材料分会会长，中国硅酸盐学会绝热分会副理事长、水泥分会副理事长，江苏省硅酸盐学会副理事长，江苏省复合材料学会监事长等职务。获江苏省十大杰出发明人和南京市十大科技之星等称号。 三十多年来一直从事硅酸盐材料基础研究、技术开发、成果转化与新材料产业化工作。在气凝胶纳米材料、高性能低碳水泥以及优选电池材料等方面取得了众多创新成果。攻克了耐高温气凝胶网络结构调控与低成本制备关键技术，实现了产业化和工程应用。创办中国气凝胶材料靠前学术研讨会，创建中国气凝胶材料行业协会组织，建立中国气凝胶材料产业体系。作为“水泥低能耗制备与高效应用的基础研究”（“973计划”项目）首席科学家，带领团队在水泥的高性能、低碳化与长寿命等方面开展创新研究。在硅酸盐水泥熟料矿物水化活性本质、阿利特晶体结构调控、熟料矿物组成优化等基础研究以及技术开发与工业应用等方面取得了重要成果。 发表400余篇学术论文，获中国发明50件，美国、日本与欧洲等国发明5件，主编专著5部。获国家科技进步二等奖1项、省部级科学技术一等奖2项、二等奖等8项，获江苏省高等教育教学成果特等奖1项。 崔升，教授，博导。现任南京工业大学材料科学与工程学院副院长兼电光源材料研究所副所长、中国建筑材料联合会建材行业气凝胶材料重点实验室副主任、南工大-航天806所“航天特种热防护材料技术联合实验室”主任等。中国绝热节能材料协会常务理事/副秘书长兼气凝胶分会副会长/秘书长、中国材料研究学会青委会理事、中国硅酸盐学会绝热材料分会理事等。美国佐治亚理工学院访问学者。 主要研究方向为气凝胶材料、纳米复合材料、光电功能材料等。承担了国家自然科学基金、前沿技术基础加强项目、前沿技术配套项目、江苏省重点研发计划项目、江苏省临床医学专项项目等60余项。气凝胶和光电材料等相关技术转让/合作多家企业并实现规模化生产，主办气凝胶靠前学术研讨会和产业创新发展大会等。在Energy & Environmental Science、Chemical Communications、Acta Biomaterialia等发表论文200余篇，授权国家发明50余项，参编国家标准1项。获教育部技术发明二等奖等。

《高性能气凝胶材料》是“优选化工材料关键技术丛书”的一个分册。 本书是南京工业大学气凝胶纳米材料研究团队二十年部分研究成果的总结性专著，详细介绍了与高性能气凝胶纳米材料基础理论、关键核心技术、主要生产工艺和重点应用等密切相关的研究成果，包括：气凝胶基本原理；氧化硅气凝胶及其复合材料的制备和性能；氧化硅气凝胶的功能化改性及吸附性能；稻壳为原料制备氧化硅气凝胶的方法及吸附性能；氧化铝和氧化钛气凝胶的制备；载紫杉醇磁靶向四氧化三铁气凝胶的制备及性能；炭/氧化铝复合气凝胶的制备和表征；碳化硅气凝胶的制备、结构和性能；聚酰亚胺气凝胶的制备、改性、结构和性能；石墨烯基气凝胶的制备及催化和气体传感性能等。 本书内容代表了国内外近年来在气凝胶材料领域的研究水平，对于气凝胶及其复合材料的科学技术研究具有重要的参考价值，对气凝胶材料生产和应用具有实际指导作用。 本书适合材料、化工领域，尤其是从事气凝胶材料科研、开发和生产工作的科技人员阅读，也可供高等院校无机非金属材料、功能材料、化学、化工及相关专业师生参考。

气凝胶曾被《科学》杂志誉为“可以改变世界的神奇材料”，曾经因性质优异创下15项“吉尼斯世界纪录”。气凝胶有望作为隔热保温材料、阻燃材料、隔音材料、高效吸附材料、催化剂载体材料、光学器件及电极能源材料等得到广泛应用。 《高性能气凝胶材料》是国家出版基金项目“优选化工材料关键技术丛书”的一个分册。由教育部长江学者、国家“973”计划项目首席科学家、南京工业大学材料科学与工程学院院长沈晓冬教授主编