摻雜二氧化硅干凝膠孔結(jié)構(gòu)的分形性質(zhì)SiO2

  根據(jù)材料應(yīng)用領(lǐng)域的需求，在材料中摻雜不同的添加物，能夠在程度上材料性能。表l為由氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)測得的含有不同摻雜物SiO2干凝膠的比表面積和孔結(jié)構(gòu)關(guān)系。表中 dpeak為可幾孔徑;SBEr為 BET法測得的比表面積;dave為BJH 法測得的平均孔徑;Ds為表面分形維數(shù);|R|為擬合相關(guān)參數(shù)。其中添加物的含量為在TEOS中 SiO2凈含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

  氮?dú)馕?/font>-脫附實(shí)驗(yàn)通常會引起氣凝膠孔體積的縮小，對于輕質(zhì)氣凝膠影響更大。即使氮?dú)馕椒〞斐刹牧象w積的縮小，但對于同等密度的材料，體積收縮率是相同的。因此，對于密度相近的材料，由氮?dú)馕椒ǖ玫降目紫堵示哂锌杀刃浴D1和圖2分別為5組試樣的氮?dú)馕?/font>-脫附等溫線和用BJH 法從脫附曲線計(jì)算得到的孔徑分布曲線

圖1添加不同含量TiO粉末和短纖維SiO2干凝膠的氮?dú)馕?/font>-脫附( a)和孔徑分布(b)曲線

  由圖1(a)可以看到，該組吸附-脫附曲線均為Ⅳ類等溫線，該等溫線在高相對壓力處，由多層吸附逐漸產(chǎn)生毛細(xì)凝聚,直到毛細(xì)孔中裝滿吸附質(zhì)液體后，吸附量才不再增大，等溫線變平緩。按照de Boer的理論，該組吸附等溫線屬于E型滯回線，孔結(jié)構(gòu)是含有開口的管狀孔。由表1可知，短纖維和TiO2粉末摻雜到SiO2干凝膠中孔結(jié)構(gòu)的改變具有的規(guī)律性。比較加入同含量TiO2粉末的T1和T2樣品，額外短纖維的加入，有利于材料的比表面積和保持其孔徑分布。量TiO2粉末的加入能夠繼續(xù)材料的比表面積，當(dāng)TiO2粉末的量20%時，材料的比表面積 1064.96 m2/g。隨著TiO2粉末含量的繼續(xù)增加﹐材料的比表面積急劇下降，孔徑分布也隨之變寬。造成此現(xiàn)象的原因可能是彼此交聯(lián)的短纖維和TiO2粉末醇凝膠干燥過程中的收縮，使干凝膠繼續(xù)維持醇凝膠的結(jié)構(gòu)狀態(tài),并使開孔量增多﹔過量TiO2粉末的加入，可能會包覆SiO2膠體粒子，堵塞開孔口，造成比表面積下降。因此，當(dāng)TiO2粉末的添加量為20%時，SiO2干凝膠具有較窄的孔徑分布和較高的比表面積，能夠在程度上材料的孔結(jié)構(gòu)。

  采用酸堿二步催化法和常壓干燥法制備了摻有不同量添加物的SiO2干凝膠。所制得的樣品，均具有較窄的孔徑分布和較高的比表面積。加入SiO2納米顆粒和短切纖維可降低SiO2干凝膠的比表面積，并使其孔徑分布逐漸變寬﹔而加入TiO2粉末和短切纖維，能夠獲得高比表面積的SiO2干凝膠。其中，加入20%TiO2粉末和3%短纖維，材料的比表面積可以1064.96 m2/g。通過氮?dú)馕?/font>-脫附實(shí)驗(yàn)，利用FHH方程計(jì)算得到各個樣品的表面分形維數(shù)均在2.4～2.5之間。

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