1、MF 气凝胶的制备和结构表征 张勇 1,2 张林 2 任洪波 2 徐嘉靖 2 修鹏 2(1 西南科技大学材料科学与工程学院，四川绵阳，621002. 2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳，621900)气凝胶是一类具有独特光学、热学、声学及电学性能轻质纳米多孔材料 1, 可以作为保温隔热材料 2、电极材料 3、声学延迟材料、高效气体过滤材料。此外，在惯性约束聚变（ICF）实验用靶 4中也具有极其广阔的应用前景。二十世纪八十年代以来，气凝胶的研究异常活跃，美国科学杂志将其列为十大热门科学技术之一。气凝胶主要包括无机气凝胶、有机气凝胶，目前有机气凝胶主要为酚-醛类气凝胶。自1987 年
2、有机气凝胶首次合成以来,有机气凝胶结构及性能的研究有了很大的进展,但其研究种类有很大的局限性，研究对象主要为RF气凝胶，且多为基础性研究。目前国内对RF气凝胶的研究技术已经比较成熟，但关于MF气凝胶的制备尚无相关报道。与RF气凝胶相比，三聚氰胺甲醛（melamine formaldehyde，MF）体系：化学结构稳定，不发生氧化反应而变色，因而具有良好的光学性能，有利于利用光学仪器实现凝胶过程的快速检测；反应单体官能度较高，使产品气凝胶具有较好的机械力学性能，有利于加工成型。MF 气凝胶的制备主要包括溶胶- 凝胶、溶剂交换、超临界干燥等过程。其制备流程如图1 所示：与无机气凝胶和其它有机气凝胶
3、相比 MF 气凝胶的凝胶化时间更长，主要受反应物总浓度 f（指三聚氰胺和甲醛溶液的质量百分数）和溶液 PH 值的影响。凝胶化时间随反应物总浓度的增加而缩短，浓度大于 15%时凝胶化时间一般在 6-8 天，浓度低于 15%反应时间急剧增加，如浓度为 12%的凝胶化时间约为 15 天，当浓度继续降低至 5%很难形成凝胶；凝胶化时间随反应液 PH 值得增加不断缩短，PH 值高于 5 时无法形成凝胶，三聚氰胺析出形成沉淀附着于反应器壁上，随着反应 PH 值得降低，形成的水凝胶经历一个从有色到无色再到有色的过程，形成无色透明 MF 气凝胶的 PH 范围很窄（1.6-1.8） 。通过红外光谱分析气凝胶的结
4、构，发现凝胶化过程中三聚氰胺与甲醛反应形成二氨基亚高温高密度等离子体物理国防科技重点实验室基金资助课题(51480030205ZW0802)作者简介：张勇(1980)，男，山东烟台人，硕士研究生，师从张林研究员，研究方向：功能材料。E-Mail:；通信地址：四川省绵阳市科学城 919-987 信箱。Melaminel(M)Formaldehyde(F)H2ONaOHDissolveHClSolGelAging andCrosslinkEthanol andAcetone ExchangeCO2 ExchangeSupercritical DryingMF OrganicAerogels图 1
5、MF 气凝胶制备过程示意图甲基桥及二氨基亚甲基醚桥，最终交联形成具有连续网络结构的气凝胶；通过扫描电镜和透射电镜分析发现 MF 气凝胶具有很好的网络结构，孔径大小主要在 20nm 左右；对浓度为 15%的MF 气凝胶进行热分析，以 10/min 的升温速率升温至 1200，发现 750前质量损失很快，750后变得比较缓慢，最终质量损失约为 60%；测定 15%的 MF 气凝胶的比表面积和孔径分布，其比表面积高达 1015.98m2/g，孔径大小主要在 10-30nm 之间，分布较均匀，孔径分布见图 2。本工作以三聚氰胺(M)和甲醛 (F)为原料，经溶胶-凝胶和超临界干燥过程成功制备出 MF 气
6、凝胶，并通过红外光谱、比表面积测试、扫描电镜/透射电镜、XRD 等分析测试手段对其结构性能进行表征。测试结果表明该气凝胶具有很高的比表面积（1015.98m 2/g） 、孔径大小 10-30nm，是一种纳米量级三维网络结构的多孔材料，蕴藏着广泛应用前景，有望在惯性约束聚变（ICF）中冷冻球壳靶，辐射输运填充材料等 ICF 研究中得到应用。参考文献1 L.W.Hrubesh, J.F.Poco. Thin aerogel films for optical, thermal, acoustic and electronic applications. J Non-Crystalline soli
7、ds, 1995, 188:462 X.Luetal. J.Non-cryst Solids, 1992, 145:2073 R.W.Pekala. “Aerogel-Based Electronic Devices”,Seminar Talk in Wurzburg University,Germany,July 27,19924 张林,罗炫,杜凯.ICF 靶低密度聚合物多孔材料研究进展.材料导报,2002,16(6):48Preparation and Characterization of MF AerogelsZhang Yong1,2 Zhang Lin2 Ren Hongbo2 X
8、u Jiajing2 Xiu Peng2(1. School of Material Science and Engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621002, China;2. The Centre of Laser Fusion Research CAEP, Mianyang 621900, China) Abstract: MF aerogels were prepared from Melamine(P) and Formaldehyde(F) by sol-gel and supe
9、rcritical drying process. In addition, structures and function of MF aerogels have been test by the IR spectra、SEM/TEM 、BET and XRD，and the results indicate：MF aerogels have a large specific surface aera（1015.98m 2/g）and small pore diameter（3050nm）, which have continuous nano-network and porous structure.Keywords: Melamine, Formaldehyde, MF aerogels, preparation, characterization图 2 MF 气凝胶孔径分布图
