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气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成纳米多孔网状结构，并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料。在基础研究方面，气凝胶的分形结构、动力学性质、低温热学性质等已成为当今凝聚态物理研究的前沿。在应用方面，气凝胶已经被用于切仑科夫探测器、声阻抗耦合材料、催化剂及催化剂载体、气体过滤材料、高效隔热材料及制备高效可充电电池等。因此，气凝胶具有重要的理论研究价值及广阔的应用前景。 本文以正硅酸乙酯（TEOS）为原料，乙醇和水为溶剂，经过溶胶—凝胶过程，采用常压干燥工艺，制备了轻质纳米多孔材料SiO2气凝胶。 研究了溶胶—凝胶化过程中，溶剂（水和乙醇）用量、溶液酸度对凝胶化的影响及其反应机理。结果表明：不同的用水量队凝胶化时间影响很大，水量越大，水解反应速度就越快，凝胶化时间就越短，但凝胶化时间太短会产生大量硅酸沉淀，不利于溶胶网络的形成。乙醇用量的增大会引起凝胶化时间变长，乙醇原则上不参加反应，它只在网络孔道中占据一定体积，可通过改变乙醇的用量来调节所期望的气凝胶的密度。调节溶液PH值所使用的盐酸和氨水，起着催化剂的作用，无催化剂时，TEOS水解缓慢，在酸性条件下，凝胶化时间短；在碱性条件下，OH-离子使TEOS迅速发生水解反应，并会产生硅酸沉淀，不利于凝胶化，当pH＞10时，凝胶产生时间长达两周以上。通过正交实验确定了SiO2凝胶化的最佳工艺参数：PH=8，TEOS／乙醇=5，TEOS／水=6。 研究了SiO2气凝胶的表面化学，并通过红外光谱及差热分析，探讨了表面改性剂三甲基氯硅烷（TMCS）表面化学改性机理，TMCS是把湿凝胶表面上的极性羟基（-OH）转变成憎水的三甲基硅氧基（-O（CH3）3），有效地防止了干燥过程中气凝胶骨架的收缩或坍塌，同时，最后得到的SiO2气凝胶产品是憎水性的。 SiO2气凝胶产品的化学成分测定，SiO2的含量大于99.6％，杂质含量甚微，表明产品是相当纯净的SiO2。用X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）、比表面与孔隙度分析仪、小角X射线散射（SAXS）、红外光谱分析等手段对气凝胶产品的结构进行了表征。XRD图谱不显示明显的特征衍射峰，表明它们的组成基本上是无序的非晶态SiO2。SEM照片显示，所得的SiO2气凝胶是比较典型的具有连续网络结构的多孔材料。优化制备工艺后的气凝胶产品的BET比表面积为 583～6tim‘／g，氮脱附测孔径分布在20～150urn“范围内，但主要分布在30～ 50urn，即介孔范围oSAXS粒度分析结果为：组成h。气凝胶的基本粒子直径在4～ 60urn范围，平均粒子直径为9．39urn。 红外光谱分析表明，未在105℃烘干的h。气凝胶表面存在吸附水，标志为 在3500 cm－‘有一个既强又宽的吸收带，同时，Sic。气凝胶表面还存在少量羟基 （一OH），在1600 cm‘可以看到一个弱的 0－H弯曲振动产生的吸收带。 用表面化学理论研究了凝胶干燥过程中的收缩规律，建立了SIOZ气凝胶干燥 过程中收缩规律的计算模型，模型能够较准确地预测气凝胶的密度。 制备的h 气凝胶是一个隔热性能非常好的保温材料及优良的吸附剂，常压 下热导率为o刀19w·m”‘·K”‘，真空状态下（刀1托）热导系数为 0．008 W ．m－‘·K”’， 对挥发性有机物苯、甲苯、环己烷、三氯甲烷、丙酮等的蒸气以及环境有害气体 SO。、NO、HzS等均有较好的吸附效果。