一种氧化锗和氧化铝杂化气凝胶复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种气凝胶的制备方法，具体讲，涉及一种氧化锗和氧化铝气凝胶复 合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 气凝胶是指以纳米颗粒相互聚集构成的纳米多孔网络为骨架，并在网络骨架孔隙 中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。气凝胶作为一种纳米材料，除具有纳米材料的 特性外，还具有其他优异性能，如:极高的孔隙率、高比表面积、极低的密度、低的热导率和 低的声音传播速率等，在催化、航天、医药、能源、建筑和冶金等方面有着巨大的应用前景。
[0003] 同时，气凝胶种类也得到了极大丰富，如金属气凝胶，有机气凝胶和碳气凝胶，至 此越来越多的新型气凝胶逐步被开发出来。
[0004] 氧化锗可广泛用于制作高纯金属锗、锗化合物、化工催化剂、医药工业，PET树脂、 电子器件等;例如，含氧化锗的玻璃有较高的折射率和色散性能，可作为广角照相机和显微 镜镜头。为了进一步拓展气凝胶的发展，本发明将首次阐述具有独特结构和性能的氧化锗 和氧化铝杂化气凝胶复合材料的制备方法，能更好的推动该类材料的发展和应用，同时拓 宽了气凝胶的种类，推动了气凝胶科技的发展。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种高比表面积、低密度、高孔隙率、低导热及收缩率小的氧 化锗和氧化铝杂化气凝胶复合材料的制备方法;本发明提供的技术方案制作工艺简单、易 操作，且首次制备出性能优异的氧化锗和氧化铝杂化气凝胶。
[0006] 实现本发明目的技术方案如下：
[0007] -种氧化锗和氧化铝杂化气凝胶复合材料的制备方法，所述复合材料包括氧化锗 和氧化铝杂化气凝胶、无机纤维材料，所述制备方法包括如下步骤：
[0008] 1)无机纤维材料的处理：150~200 °C下，干燥无机纤维4~6小时;将无机纤维浸入 按无机纤维、蒸馏水、表面活性剂及偶联剂重量比为1:2~4:0.004~0.008:0.012~0.02的 比例配制的表面处理剂溶液后，于160~220 °C下烘干1~3小时，冷却得表面处理后的无机 纤维；
[0009] 其中，所述无机纤维为氮化硼纤维，所述氮化硼纤维平均纤维直径为10nm~ 700nm，氮化硼纤维为氮化硼纳米管形成；
[0010] 2)氧化锗和氧化铝杂化溶胶的制备:将氯化锗、氯化铝、醇类物质、去离子水、环氧 丙烷和催化剂按照摩尔比为0.5~1:0.5~2:10~50:10~40:0.05~0.5:10-4~10-2的比 例配制混合液，搅拌10~20min静置后，得氧化锗和氧化铝杂化溶胶；
[0011] 3)浸渗:用步骤2)的氧化锗和氧化铝杂化溶胶浸渗经步骤1)处理后的无机纤维材 料；
[0012] 4)制备氧化锗和氧化铝杂化气凝胶复合材料:于50~80°C下，使步骤3)所得浸渗 物中的氧化锗和氧化铝杂化溶胶发生胶凝，得氧化锗和氧化铝杂化凝胶；20~50°C老化20 ~50h后，经乙醇或二氧化碳超临界干燥后；在惰性气体保护下，将氧化锗和氧化铝杂化气 凝胶复合材料进行高温煅烧，得氧化锗和氧化铝杂化气凝胶复合材料。
[0013] 进一步的，所述步骤4)中惰性气体为氮气、氦气或氖。所述步骤4)中高温煅烧温度 为600 ~1200°C。
[0014] 进一步的，所述醇类物质为甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。所述催化剂为盐酸、硫酸、磷 酸、甲酸、乙酸、乙二酸或氢氟酸。所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、Ν-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷。所述表面活性剂为 十二烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二甲基氧化胺、十二烷基二甲基 胺乙内酯或甘油聚氧乙烯醚。
[0015]进一步的，所述方法制备的氧化锗和氧化错杂化凝胶比表面积350~450m2/g，孔 隙率80~90%。所述方法制备出的氧化锗和氧化铝杂化气凝胶复合材料在1000°C下的热导 率小于0.035w/m · k，收缩率小于3.4%。
[0016] 和最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
[0017] 1、本发明提供的技术方案制备工艺简单、易操作，适合大规模生产，且首次制备出 性能优异的氧化锗和氧化铝杂化气凝胶。
[0018] 2、本发明提供的技术方案制备出高比表面积、低密度、高孔隙率的氧化锗和氧化 铝杂化气凝胶，其优异性能为比表面积350~450m2/g以上、密度0.13~0.20g/m3、孔隙率80 ~90%〇
[0019] 3、本发明提供的技术方案制备出的氧化锗和氧化铝杂化气凝胶复合材料在1000 °〇下的热导率小于0.035w/m · k，收缩率小于3.4%。
[0020] 4、本发明提供的技术方案，拓宽了氧化锗材料的发展和应用。
【具体实施方式】
[0021] 下面将结合本发明实施例进一步的对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022] 实施例1
[0023] 1)无机纤维材料的处理:200°C下，干燥无机纤维6小时;将无机纤维浸入按无机纤 维、蒸馏水、表面活性剂及偶联剂重量比为1:4:0.008:0.02的比例配制的表面处理剂溶液 后，于220°C下烘干1小时，冷却得表面处理后的无机纤维；
[0024] 其中，无机纤维为氮化硼纤维，氮化硼纤维平均纤维直径为200nm，氮化硼纤维为 氮化硼纳米管形成；
[0025] 2)氧化锗和氧化铝杂化溶胶的制备:将氯化锗、氯化铝、醇类物质、去离子水、环氧 丙烷和催化剂按照摩尔比为1:0.5:10:10:0.05:10-4的比例配制混合液，搅拌20min静置后， 得氧化锗和氧化铝杂化溶胶；
[0026] 3)浸渗:用步骤2)的氧化锗和氧化铝杂化溶胶浸渗经步骤1)处理后的无机纤维材 料；
[0027] 4)制备氧化锗和氧化铝杂化气凝胶复合材料:于80°C下，使步骤3)所得浸渗物中 的氧化锗和氧化铝杂化溶胶发生胶凝，得氧化锗和氧化铝杂化凝胶；50°C老化20h后，经超 临界干燥后;在惰性气体氮气保护下，将氧化锗和氧化铝杂化气凝胶复合材料进行600°C高 温煅烧，得氧化锗和氧化铝杂化气凝胶复合材料。
[0028] 实施例2
[0029] 1)无机纤维材料的处理：150°C下，干燥无机纤维6小时;将无机纤维浸入按无机纤 维、蒸馏水、表面活性剂及偶联剂重量比为1:2:0.004:0.012的比例配制的表面处理剂溶液 后，于160°C下烘干3小时，冷却得表面处理后的无机纤维；
[0030] 其中，无机纤维为氮化硼纤维，氮化硼纤维平均纤维直径为100nm，氮化硼纤维为 氮化硼纳米管形成；
[0031] 2)氧化锗和氧化铝杂化溶胶的制备:将氯化锗、氯化铝、醇类物质、去离子水、环氧 丙烷和催化剂按照摩尔比为0.5:2:50:40:0.5:10_ 2的比例配制混合液，搅拌15min静置后， 得氧化锗和氧化铝杂化溶胶；
[0032] 3)浸渗:用步骤2)的氧化锗和氧化铝杂化溶胶浸渗经步骤1)处理后的无机纤维材 料；
[0033] 4)制备氧化锗和氧化铝杂化气凝胶复合材料:于50°C下，使步骤3)所得浸渗物中 的氧化锗和氧化铝杂化溶胶发生胶凝，得氧化锗和氧化铝杂化凝胶；20°C老化50h后，经乙 醇或二氧化碳超临界干燥后;在惰性气体氖保护下，将氧化锗和氧化铝杂化气凝胶复合材 料进行1200°C高温煅烧，得氧化锗和氧化铝杂化气凝胶复合材料。
[0034] 实施例3
[0035] 1)无机纤维材料的处理：180°C下，干燥无机纤维5小时;将无机纤维浸入按无机纤 维、蒸馏水、表面活性剂及偶联剂重量比为1:3:0.006:0.016的比例配制的表面处理剂溶液 后，于200°C下烘干2小时，冷却得表面处理后的无机纤维；
[0036] 其中，无机纤维为氮化硼纤维，氮化硼纤维平均纤维直径为300nm，氮化硼纤维为 氮化硼纳米管形成；
[0037] 2)氧化锗和氧化铝杂化溶胶的制备:将氯化锗、氯化铝、醇类物质、去离子水、环氧 丙烷和催化剂按照摩尔比为1::30:20:0.1:10-3的比例配制混合液，搅拌20min静置后，得氧 化锗和氧化铝杂化溶胶；
[0038] 3)浸渗:用步骤2)的氧化锗和氧化铝杂化溶胶浸渗经步骤1)处理后的无机纤维材 料；
[0039] 4)制备氧化锗和氧化铝杂化气凝胶复合材料:于70°C下，使步骤3)所得浸渗物中 的氧化锗和氧化铝杂化溶胶发生胶凝，得氧