纤维素气凝胶材料的研究进展.PDFVIP

第 19 卷第 2 期 纤 维 素 科 学 与 技 术 Vol. 19 No. 2 2011 年 2 月 Journal of Cellulose Science and Technology Jun. 2011 文章编号：1004-8405(2011)02-0064-12 纤维素气凝胶材料的研究进展 陶丹丹， 白绘宇， 刘石林*， 刘晓亚 （江南大学化学与材料工程学院，江苏 无锡 214122 ） 摘 要：气凝胶是一种具有纳米结构的多孔材料，其孔隙率高达 90% 以上，密度最 低可至 0.001 g/cm3 ，是目前世界上最轻的固体材料之一。它明显不同于孔洞结构在 微米和毫米级的多孔材料，具有极大的比表面积。这种独特的结构赋予其许多优良 的性能，在许多领域有着广泛的应用前景。纤维素气凝胶材料包括天然纤维素气凝 胶、再生纤维素气凝胶和复合纤维素气凝胶，其具有多孔结构及良好的模板特性， 在传感器、药物释放等方面具有潜在的应用前景。 关键词：气凝胶；纤维素；多孔材料 中图分类号：O636.11 文献标识码：A 气凝胶是一种用气体代替凝胶中的液体而本质上不改变凝胶本身的网络结构或体积的 特殊凝胶，是水凝胶或有机凝胶干燥后的产物。它具有纳米级的多孔结构和高孔隙率等特点， [1-2] 是目前所知密度最小的固体材料之一。气凝胶于 20 世纪 30 年代由 Kistler 教授首先制得 。 由于其制备过程烦琐而冗长，价格昂贵且易脆等缺点，在很长一段时间内没有引起关注。直 到超临界干燥法的问世，气凝胶材料才引起研究者的注意。超临界干燥法可以快速、批量生 产出精确尺寸、任意形状以及结构完整的气凝胶材料。由于气凝胶材料的分散介质是气体， 且作为凝胶网络骨架的固体相，以及网络的空隙结构均为纳米级别，这种连续三维纳米网络 结构使其具有独特的性能，如高孔隙率，高比表面积，低热传导系数，低介电常数，低光折 射率，低声速等[3] 。这些独特的性质不仅使得该材料在基础研究中引起人们兴趣，而且在许 [4-7] 多领域蕴藏着广泛的应用前景 。 图 1 气凝胶的形貌 收稿日期：2011-04-14 基金项目：国家自然科学基金青年基金项目；江南大学自主科研基金项目（JUSRP30905, JUSRP11107 ）。 作者简介：陶丹丹（1988~），女，硕士研究生；主要从事纤维素新材料的研究。 ? 通讯作者：刘石林，男，湖北人，副教授，博士。slliu2009@jiangnan.edu.cn 第 2 期 陶丹丹等：纤维素气凝胶材料的研究进展 65 气凝胶根据其成分可以分为无机气凝胶、有机气凝胶和无机―有机复合气凝胶三类。无 机气凝胶主要以硅气凝胶为代表，一般通过溶胶―凝胶法来制备[8]，属非可燃材料，具有超 [9] 轻、孔隙率高、热导率低、光学性能好、折射率低、声速可以控制为 100 m/s 等优良性能 ， 可用于隔音材料，光学器件，透明隔热材料等[10] ，也可以用于金属间的介电材料[11]等。但 是，制备硅气凝胶所采用的干燥方法复杂，成本高，一直成为其工业化生产的难题，也是目 前硅气凝胶的研究热点[12] 。有机气凝胶在一定程度上克服了无机气凝胶的易碎性[13] ，其传 统的制备过程包括溶胶―凝胶和超临界干燥这两步[14]，间苯二酚/甲醛（RF ）和三聚氰胺/ [13] 。有机气凝胶具有较强的机械性能， 甲醛是形成有机聚合