奈米多孔性氣凝膠之孔隙結構研究

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1、中國機械工程學會第二十三屆全國學術研討會論文集崑山科技大學台南、永康中華民國九十五年十一月二十四日、二十五日論文編號：E2-026奈米多孔性氣凝膠之孔隙結構研究123*張育誠、傅美榮、蔡幸芬工業技術研究院能源與環境研究所產業節能技術組燃燒應用研究室*E-mail:y.c.chang@itri.org.tw間、微孔材料(Microporousmaterial)平均孔徑在2nm摘要以下。奈米級多孔性材料，為同時具備質輕及高表面能等特性之高實用價值材料，常運用於過濾、分離、催凝膠已成為各界矚目的焦點。最初凝膠

2、化學組成化、耐溫、抗熱震、熱交換等。由於加熱乾燥初期多是二氧化矽，和玻璃有同樣的化學成分。有此可知，孔固體部分溶劑迅速蒸發，而產生表面張力；當孔隙溶膠凝膠塊體容易因為製程方式有所不同，而導致製大小分佈不均或溶劑蒸氣壓過高時，較弱的孔隙結構程參數控制不易，因此，製備凝膠將需考量於不同狀因表面張力導致高收縮現象，容易在材料上形成破裂態下，決定適合之溶膠凝膠製程方式，以利得到多孔或氣孔。本研究中，藉由化學合成方式，以不同飽和性之二氧化矽凝膠材料。蒸氣壓溶劑製備多孔材料，進行多孔固體結構分析。本研究中藉由溶膠凝

3、膠製作二氧化矽凝膠，探討研究結果顯示，以甲醯胺(Methanamide)進行聚合時，其不同蒸氣壓之溶劑與前驅物/水/催化劑之莫耳比例平均孔隙大小為1.6nm呈現微孔洞形式下，進行凝膠化(Gelation)與時效(Aging)處理之重要(Micropores)，其中骨架收縮狀況較為明顯，但聚合關鍵，並藉由適當之改質劑進行凝膠表面改質。建立速度快，可見孔洞(Visiblepores)明顯呈現出孔洞型凝膠製程參數之關連模式研究分析，不同溶劑下二氧態；以二甲基甲醇(Dimethylcarbinol)進行聚合時，

4、平化矽凝膠製程參數之變化。均孔隙大小為50nm以下，呈現介孔洞形式(Mesopores)。2.二甲基甲醇/甲醯胺聚合材料製程關鍵字：多孔性、介孔洞、可見孔二氧化矽凝膠是具有化學惰性、高孔隙(90%)之________________________________材料。它們藉由溶膠凝膠法進行，在溶膠(Sol)階段時1研究員2助理研究員3副研究員膠體粒子均勻的分佈在溶液之中，並且持續保持相對活性力，使得能夠繼續聚合形成更大的膠體，其中，1.前言水解反應可以酸催化(Acidcatalyzed)或鹼催化(Ba

5、secatalyzed)進行，如圖2所示，不同催化條件所得之溶奈米級多孔隙材料目前可藉由溶膠凝膠法方法膠顆粒型態與結構亦有不同。而形成濕膠之後，再進製備而成。其中，由於多孔材具備奈米特性，隨著粒行乾燥與熱處理，最後留下低密度、奈米級多孔網狀徑尺寸不同而所差異，如：材料延展性、表面催化性、結構的材料。強度、光電性質、磨耗性、感測性與電化學性質等，因其材料之粒徑尺寸不同其特性亦有差異，將有助於本研究配製二氧化矽凝膠，採用二甲基甲醇半導體奈米晶粒、奈米碳管、介孔分子篩等基礎研究(Dimethylcarbino

6、l)與甲醯胺(Methanamide)、純度99%[1-5]。且凝膠速率快(不同烷基(R)之凝膠時間，如表1所示)之矽酸乙酯(Tetraethylorthosilicate,TEOS)為主要材經由溶膠凝膠法製得之溶液，可藉由不同製程參料，並藉由氨水及鹽酸作為催化劑，來形成矽酸數選擇一種膠體製作流程，依循該路徑最終得到不同(Monosilicicacid)，其化學反應機制如下所示(化學鍵型態之膠體，如圖1所示。其中，溶膠經由凝膠化結結構式，如圖3所示)(Gelling)取得濕凝膠(Wetgel或Alcog

7、el)，再利用不同乾燥(Drying)方式，製成乾凝膠(Xerogel)或氣凝膠經過水解的Si(OR)4會與另一Si(OR)4進行縮合(Aerogel)。而這些凝膠體中分別由平均鏈長>1μm之以形成(OH)3Si-O-Si(OH)3並脫出一水分子，其中，由高分子鏈與10奈米大小孔洞之網路相互連接而成。上式中，矽酸經由縮合反應，可形成二氧化矽濕凝膠(化學鍵結結構式，如圖4所示)其中，多孔材料大致可分爲三大類：大孔材料(Macroporousmaterial)平均孔徑在50nm以上、介孔多孔材料的乾燥程序極

8、為複雜，當膠體表面為親材料(Mesoporousmaterial)平均孔徑在2～50nm之水狀態時，乾燥的程序分為兩個階段進行。當膠體離中國機械工程學會第二十三屆全國學術研討會論文集崑山科技大學台南、永康中華民國九十五年十一月二十四日、二十五日論文編號：E2-026開溶劑後，進入空氣中，溶劑會慢慢的由孔洞中揮發N3...Ni代表吸附位置被覆蓋了0,1,2,3...i層的的氣體離開，進入乾燥第一階段。乾燥的初期，溼凝膠還在分子。考慮N0為常數