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水玻璃基低密度疏水二氧化硅气凝胶制备及性能研究
一、引言
气凝胶是一种疏水性非常强的多孔材料，具有超低密度、超强吸附能力、超大比表面积、良好的隔热、吸声等功能。由于其出色的性能，气凝胶在材料科学的许多领域都有广泛的应用，如隔热保温、油水分离、催化剂载体、涂层材料、光催化、生物医学等。其中，疏水二氧化硅气凝胶作为一种具有疏水性和高孔隙度的新型气凝胶，具有很好的应用前景。
本文旨在研究基于水玻璃为硅源的制备方法和疏水性能的研究。
二、实验方法
1.实验材料
水玻璃、氢氧化钠、二氧化硅溶胶、正庚烷、氨水、乙醇等。
2.制备过程
(1)制备疏水二氧化硅溶胶。将二氧化硅溶胶加入乙醇中，并加入20%氨水溶液，搅拌达到充分混合，再加入正庚烷，持续搅拌至配制成疏水性好的溶胶。
(2)制备气凝胶。取一定量的水玻璃，与一定量的氢氧化钠混合，调节其pH值至10左右，再加入制备好的二氧化硅溶胶，搅拌均匀。在恒温恒湿条件下，经过一定时间后，将溶胶浸泡在浓度为70%的乙醇溶液中专用的玻璃容器中，利用静电吸附的方法制得可流动的气凝胶。
(3)改性。采用硅烷处理的方法对气凝胶进行改性，从而增强其疏水性能。
3.测试方法
(1)二氧化硅溶胶的TEM测试。利用透射电子显微镜对溶胶颗粒的形貌和直径进行分析。
(2)气凝胶的解剖学结构和疏水性能测试。通过扫描电子显微镜（SEM）、密度测试、BET比表面积测试以及水接触角测试等手段，对气凝胶的物理化学性质进行研究。
三、结果与分析
1.溶胶结构分析
利用TEM技术观察到溶胶颗粒中空心结构居多，直径在10~40nm范围内，分布相对均匀。此外，颗粒间也呈现出一定的聚集现象。
2.气凝胶的物理化学性质分析
(1)解剖学结构
根据SEM测试，得到气凝胶呈孔洞状结构，孔径大小分布较均匀，表面呈现出颗粒状结构。通过密度测试，气凝胶的密度为0.12g/cm^3。
(2)比表面积
通过BET比表面积测试，得到气凝胶的比表面积为650m^2/g，具有良好的吸附性能。
(3)疏水性能
水接触角测试结果表明，经过硅烷改性的气凝胶的水接触角较纯气凝胶增加了20°左右，达到了114°。说明硅烷处理能够增强气凝胶的疏水性能。
四、结论
本文研究的水玻璃基低密度疏水二氧化硅气凝胶，具有良好的物理化学性质。通过二氧化硅溶胶的制备和气凝胶的制备和改性，制得较为理想的气凝胶，其比表面积和疏水性能均较为出色。本研究的结果为发掘气凝胶在新材料领域中的应用提供了一个可行的思路和途径。