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磷钼酸插层水滑石复合CNFs气凝胶的制备及其隔热保温性能
袁利萍, 吴袁泊, 俞佳静, 张世琰, 孙铱, 胡云楚, 范友华
无机材料学报    2025, 40 (4): 415-424.   DOI:10.15541/jim20240378
摘要   (146 HTML4 PDF(pc) (2128KB)(57)  

轻质、隔热和耐高温材料是航天人员和精密设备的必要保障。纳米纤维素(CNFs)因高比表面积、低热膨胀系数和高强度等特性, 在轻质航天航空材料领域具有潜在的应用前景, 但是质脆易燃限制了其在高温领域的广泛应用。为了提升CNFs的耐高温性能, 本工作采用共沉淀法和离子交换法成功制备了[PMo12O40]3-插层改性的ZnAl-PMo12O40-LDHs(PMo-LDHs, LDHs: 类水滑石插层材料), 将其与硼酸(BA)复合CNFs制备了PMo-LDHs+BA/CNFs气凝胶。当PMo-LDHs和BA的质量分数分别为CNFs的62.5%和2.0%时, 所制得的62.5PMo-LDHs+BA/CNFs气凝胶的密度为16.28 kg·m-3, 导热系数为0.044 W/(m·K)。隔热背温实验表明, 该气凝胶的t250(隔热背温达到250 ℃所需时间)长达2022.8 s, 比纯CNFs延长867.8 s; 其R250(隔热背温达到250 ℃时的升温速率)只有0.124 ℃·s-1, 仅为纯CNFs R250的57.4%, 表现出优异的隔热保温性能。灼烧实验显示, 纯CNFs气凝胶在15 s内完全燃烧, 而62.5PMo-LDHs+BA/CNFs气凝胶在81 s内未被点燃, 且未出现明显收缩或变形。燃烧残余物的形貌结果表明, PMo-LDHs受热分解, 在CNFs基材表面催化形成致密均匀的连续炭层, 从而提高了CNFs气凝胶的耐火性能。



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图6 LDHs/CNFs气凝胶的FT-IR图谱
正文中引用本图/表的段落
LDHs/CNFs气凝胶的FT-IR结果如图6所示。由图6可知, 纯CNFs气凝胶在3421 cm-1处的特征峰归属于O-H伸缩振动, 1620 cm-1处的特征峰对应于C=C弯曲振动, 1420 cm-1处的特征峰归属于-OH弯曲和C-O伸缩耦合作用, 说明存在-COOH。NO3-LDHs+BA/CNFs气凝胶保留了CNFs的O-H、C=C、-OH、-COOH等基团的特征吸收峰, 且1384 cm-1处出现归属于O-NO2的特征振动峰。而62.5PMo-LDHs+BA/CNFs气凝胶除了具有CNFs基材与NO3-LDHs前驱体的红外特征吸收峰以外, 1065 cm-1处出现归属于P-O键的反对称伸缩振动峰, 1449~1375 cm-1处出现归属于P-O和H-O键叠加的伸缩振动吸收峰[30], 891、560和427 cm-1处出现归属于Mo-O-Mo、Zn-O和Al-O-Al键的伸缩振动吸收峰[31?-33]。以上结果说明, 插层改性的LDHs/CNFs复合材料均保留各自的特征峰。
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