热负载条件对SiO₂气凝胶组成及微观结构的影响

廖进军¹，高朋召¹，徐凛²，冯坚²

1. 湖南大学材料科学与工程学院2. 新型陶瓷纤维与复合材料重点实验室(国防科技大学)

摘 要：通过阶梯升温并结合傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等表征手段,研究了不同温度所得SiO₂气凝胶的组成和微观结构,在程序升温条件下通过TG-DTG曲线和无模式函数法研究了SiO₂气凝胶热重行为的变化.结果表明:SiO₂气凝胶主要由7～9 nm球状颗粒构成类线形团簇,进而以团簇为骨架构成三维网络多孔结构;阶梯升温下,随着热处理温度的升高,气凝胶中Si—O—Si基团的摩尔分数逐渐增加,Si—OH和Si—OC₂H₅的摩尔分数逐渐降低,1 073 K时Si—OH基本消失,但存在6. 59%的Si—OC₂H₅基团;气凝胶颗粒逐渐长大,部分骨架坍塌,温度达到1 273 K时,颗粒长大至约50 nm,团簇彻底消失,材料发生明显烧结.程序升温下,升温速率越高,气凝胶的热稳定性越好;材料的失重过程分为3个阶段:当反应转化率α<30%时,主要发生硅羟基（Si—OH）间的缩合;当30%<α<70%时,主要是硅羟基（Si—OH）与/或硅乙氧基（Si—OC₂H₅）之间的缩合;当α> 70%时,主要是硅乙氧基（Si—OC₂H₅）之间的缩合.

关键词：SiO₂气凝胶;热负载条件;热稳定性;微观结构;反应机理;