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| 編輯推薦： |
气凝胶曾被《科学》杂志誉为“可以改变世界的神奇材料”，曾经因性质优异创下15项“吉尼斯世界纪录”。气凝胶有望作为隔热保温材料、阻燃材料、隔音材料、高效吸附材料、催化剂载体材料、光学器件及电极能源材料等得到广泛应用。
《高性能气凝胶材料》是国家出版基金项目“先进化工材料关键技术丛书”的一个分册。由 长江学者、国家“973”计划项目首席科学家、南京工业大学材料科学与工程学院院长沈晓冬教授主编
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| 內容簡介： |
《高性能气凝胶材料》是“先进化工材料关键技术丛书”的一个分册。
本书是南京工业大学气凝胶纳米材料研究团队二十年部分研究成果的总结性专著，详细介绍了与高性能气凝胶纳米材料基础理论、关键核心技术、主要生产工艺和重点应用等密切相关的研究成果，包括：气凝胶基本原理；氧化硅气凝胶及其复合材料的制备和性能；氧化硅气凝胶的功能化改性及吸附性能；稻壳为原料制备氧化硅气凝胶的方法及吸附性能；氧化铝和氧化钛气凝胶的制备；载紫杉醇磁靶向四氧化三铁气凝胶的制备及性能；炭/氧化铝复合气凝胶的制备和表征；碳化硅气凝胶的制备、结构和性能；聚酰亚胺气凝胶的制备、改性、结构和性能；石墨烯基气凝胶的制备及催化和气体传感性能等。
本书内容代表了国内外近年来在气凝胶材料领域的研究水平，对于气凝胶及其复合材料的科学技术研究具有重要的参考价值，对气凝胶材料生产和应用具有实际指导作用。
本书适合材料、化工领域，尤其是从事气凝胶材料科研、开发和生产工作的科技人员阅读，也可供高等院校无机非金属材料、功能材料、化学、化工及相关专业师生参考。
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| 關於作者： |
沈晓冬，南京工业大学教授，“973计划”项目首席科学家、 “无机非金属材料及应用”创新团队带头人。兼任国家新材料产业发展战略咨询委员会委员，中国海洋材料产业技术创新联盟副理事长，中国建材联合会科技教育委员会副主任， 高等学校材料类专业教学指导委员会委员，中国绝热节能材料协会副会长、首席专家兼气凝胶材料分会会长，中国硅酸盐学会绝热分会副理事长、水泥分会副理事长，江苏省硅酸盐学会副理事长，江苏省复合材料学会监事长等职务。获江苏省十大杰出专利发明人和南京市十大科技之星等称号。
三十多年来一直从事硅酸盐材料基础研究、技术开发、成果转化与新材料产业化工作。在气凝胶纳米材料、高性能低碳水泥以及先进电池材料等方面取得了众多创新成果。攻克了耐高温气凝胶网络结构调控与低成本制备关键技术，实现了产业化和工程应用。创办中国气凝胶材料国际学术研讨会，创建中国气凝胶材料行业协会组织，建立中国气凝胶材料产业体系。作为“水泥低能耗制备与高效应用的基础研究”（“973计划”项目）首席科学家，带领团队在水泥的高性能、低碳化与长寿命等方面开展创新研究。在硅酸盐水泥熟料矿物水化活性本质、阿利特晶体结构调控、熟料矿物组成优化等基础研究以及技术开发与工业应用等方面取得了重要成果。
发表400余篇学术论文，获中国发明专利50件，美国、日本与欧洲等国发明专利5件，主编专著5部。获国家科技进步二等奖1项、省部级科学技术一等奖2项、二等奖等8项，获江苏省高等教育教学成果特等奖1项。
崔升，教授，博导。现任南京工业大学材料科学与工程学院副院长兼电光源材料研究所副所长、中国建筑材料联合会建材行业气凝胶材料重点实验室副主任、南工大-航天806所“航天特种热防护材料技术联合实验室”主任等。中国绝热节能材料协会常务理事/副秘书长兼气凝胶分会副会长/秘书长、中国材料研究学会青委会理事、中国硅酸盐学会绝热材料分会理事等。美国佐治亚理工学院访问学者。
主要研究方向为气凝胶材料、纳米复合材料、光电功能材料等。承担了国家自然科学基金、前沿技术基础加强项目、前沿技术配套项目、江苏省重点研发计划项目、江苏省临床医学专项项目等60余项。气凝胶和光电材料等相关技术转让/合作多家企业并实现规模化生产，主办气凝胶国际学术研讨会和产业创新发展大会等。在Energy & Environmental Science、Chemical Communications、Acta Biomaterialia等发表论文200余篇，授权国家发明专利50余项，参编国家标准1项。获 技术发明二等奖等。
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| 目錄：
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第一章 绪 论 001
第一节 气凝胶概述 002
一、气凝胶定义 003
二、气凝胶制备 003
三、气凝胶结构 007
四、气凝胶隔热机理 024
第二节 气凝胶材料应用 027
一、隔热领域 027
二、隔声领域 028
三、光学领域 028
四、电学领域 029
五、催化领域 031
六、环保领域 032
七、其他领域 033
第三节 气凝胶技术展望 033
参考文献 035
第二章 氧化硅气凝胶的制备与表征 039
第一节 氧化硅气凝胶的制备 040
一、硅源和溶剂的选择 042
二、催化剂的选择与催化方法 043
三、催化剂对醇凝胶的影响 043
四、醇凝胶的影响因素 046
五、醇凝胶老化 050
六、超临界干燥工艺 051
第二节 氧化硅气凝胶的表征 054
一、孔结构分析 054
二、微观形貌分析 055
三、傅里叶红外光谱分析 056
四、热失重分析 056
五、耐温性分析 057
参考文献 058
第三章 氧化硅气凝胶复合材料及隔热性能 061
第一节 氧化硅气凝胶复合材料的纤维增强 062
一、纤维增强氧化硅气凝胶复合材料工艺参数设计及制备 063
二、短切纤维对氧化硅气凝胶复合材料性能的影响 065
三、无机纤维毡对氧化硅气凝胶复合材料性能的影响 068
第二节 氧化硅气凝胶复合材料的遮光改性 078
一、遮光改性氧化硅气凝胶复合材料工艺参数设计与制备 079
二、遮光剂掺入方式对氧化硅气凝胶复合材料性能的影响 081
三、偶联剂对遮光改性氧化硅气凝胶复合材料的影响 086
四、遮光剂掺入量对氧化硅气凝胶复合材料的影响 090
五、遮光剂种类对氧化硅气凝胶复合材料的影响 097
六、新型低热导氧化硅气凝胶绝热复合材料的应用研究 099
参考文献 101
第四章 氧化硅气凝胶功能化改性及吸附性能 105
第一节 CO2吸附用氨基功能化氧化硅气凝胶 106
一、CO2吸附测试方法和原理 107
二、氨基改性SiO2气凝胶 113
三、氨基杂化SiO2气凝胶 113
四、钛掺杂氨基杂化SiO2气凝胶 121
五、氨基杂化RF/SiO2复合气凝胶 130
第二节 重金属离子吸附用氨基改性氧化硅气凝胶 139
一、Cu2 吸附 139
二、Cr3 吸附 146
三、其他重金属离子吸附 148
第三节 有机物吸附用疏水氧化硅气凝胶 149
一、烷烃吸附 149
二、苯类有机物吸附 154
三、硝基类有机物吸附 156
四、其他有机物吸附 160
第四节 氨气吸附用超亲水氧化硅气凝胶 161
一、氨气吸附研究进展 161
二、超亲水SiO2气凝胶制备及氨气吸附性能 163
参考文献 166
第五章 稻壳为原料制备氧化硅气凝胶 169
第一节 由稻壳制备高纯纳米SiO2 170
一、高纯纳米SiO2制备 171
二、高纯纳米SiO2结构分析 177
第二节 由稻壳超临界干燥制备SiO2气凝胶 179
一、水玻璃制备及影响因素 179
二、SiO2气凝胶制备及影响因素 182
第三节 由稻壳常压干燥制备SiO2气凝胶 190
一、SiO2气凝胶制备及改性工艺 191
二、多步溶剂置换-表面改性工艺 192
三、一步溶剂置换-表面改性制备SiO2气凝胶的结构与性质 197
四、一步溶剂置换-表面改性机理 202
第四节 氨基改性SiO2气凝胶及其CO2吸附性能 203
一、氨基改性SiO2气凝胶的制备 205
二、氨基改性SiO2气凝胶的结构和性质 205
参考文献 210
第六章 其他氧化物气凝胶 213
第一节 Al2O3气凝胶 214
一、Al2O3气凝胶制备方法 214
二、影响Al2O3气凝胶性能的主要因素 218
三、Al2O3气凝胶的失效机理 221
第二节 TiO2基气凝胶 222
一、TiO2气凝胶 223
二、TiO2/SiO2复合气凝胶 226
第三节 载紫杉醇磁靶向四氧化三铁气凝胶制备及性能 231
一、多孔朵状Fe3O4气凝胶微球制备 231
二、载紫杉醇磁靶向气凝胶微球制备及药物释放行为 238
三、载紫杉醇磁靶向气凝胶微球裸鼠体内抑瘤分析 243
参考文献 245
第七章 炭/氧化铝复合气凝胶 249
第一节 炭/氧化铝复合气凝胶制备及影响因素 250
一、碳源与铝源反应摩尔比的影响 252
二、合成工艺参数对凝胶时间的影响 254
三、合成工艺参数对气凝胶表观性质的影响 255
第二节 炭/氧化铝复合气凝胶组织结构分析 258
一、红外光谱分析 258
二、热重-差示扫描热分析 259
三、微观形貌分析 259
四、物相组成分析 262
五、孔结构分析 264
第三节 碳纤维毡增强C/Al2O3复合气凝胶隔热材料 271
一、碳纤维毡增强C/Al2O3复合气凝胶隔热材料的制备 272
二、微观形貌分析 273
参考文献 274
第八章 碳化硅气凝胶 275
第一节 碳化硅气凝胶制备方法 276
一、碳化硅气凝胶制备研究进展 276
二、碳化硅气凝胶制备关键影响因素 281
三、碳化硅气凝胶表征 283
第二节 碳化硅气凝胶组织结构生长演变 285
一、溶胶-凝胶过程组织结构生长机制 285
二、热处理过程组织结构演变规律 286
第三节 碳化硅气凝胶形成机理 292
一、碳热还原机理 292
二、镁热还原机理 295
第四节 氨基功能化碳化硅气凝胶 296
一、氨基功能化碳化硅气凝胶的制备与结构演变 296
二、氨基功能化碳化硅气凝胶CO2吸附性能 299
第五节 纤维增强碳化硅气凝胶 300
参考文献 303
第九章 聚酰亚胺气凝胶 305
第一节 聚酰亚胺气凝胶制备方法概述 306
一、两步法制备PI气凝胶 306
二、一步法制备PI气凝胶 308
第二节 羧基功能化聚酰亚胺气凝胶 308
一、羧基功能化聚酰亚胺气凝胶合成与表征 308
二、羧基功能化聚酰亚胺气凝胶CO2吸附性能 315
第三节 含酰胺基聚酰亚胺气凝胶 319
一、含酰胺基聚酰亚胺气凝胶合成与表征 319
二、含酰胺基聚酰亚胺气凝胶性能 323
第四节 ODA/DABA共聚聚酰亚胺气凝胶 325
一、ODA/DABA共聚聚酰亚胺气凝胶合成与表征 325
二、共聚聚酰亚胺气凝胶性能 330
第五节 聚酰亚胺/SiO2复合气凝胶 332
一、聚酰亚胺/SiO2复合气凝胶合成与表征 332
二、聚酰亚胺/SiO2复合气凝胶性能 337
参考文献 339
第十章 石墨烯基气凝胶 341
第一节 磁性铁钴LDH负载氧化石墨烯气凝胶 343
一、磁性铁钴LDH负载氧化石墨烯气凝胶制备 343
二、工艺参数的确定 343
三、掺杂GO的磁性铁钴LDH负载氧化石墨烯气凝胶样品表征 345
第二节 金属单原子气凝胶 351
一、金属单原子气凝胶的制备 351
二、工艺参数的确定 353
三、Co（0.5%）-N（1%）-GA表征 355
四、密度泛函理论计算 361
第三节 rGO-TiO2气凝胶材料 364
一、rGO-TiO2气凝胶材料制备 364
二、可见光催化CO2还原测试结果 365
三、催化性研究 367
四、rGO-TiO2气凝胶的表征 369
第四节 W18O49/rGA气凝胶 373
一、W18O49/rGA气凝胶的制备 373
二、气体传感测试系统 374
三、W18O49/rGA气凝胶的晶体结构 375
四、W18O49/rGA气凝胶的微观结构 376
五、W18O49/rGA气凝胶的气敏性能 377
参考文献 379
索 引 380
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| 內容試閱：
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气凝胶具有纳米颗粒构成的连续三维纳米多孔网络结构，其孔径大多分布在100nm以下，是一种典型的纳米多孔材料。气凝胶的独特结构特征赋予其低密度、高比表面积、大孔隙率、低热导率、低声传播速度、低介电常数等优异特性，在隔热保温、吸附分离、催化、电化学储能、吸声隔音及前沿科学等方面表现出优异的性能，相关产品广泛应用于航空航天、武器装备、石油化工、新能源汽车等诸多领域。气凝胶的优异性能和广泛应用吸引了科研、生产、设计和应用等领域的人员，是当前新材料科学领域重点研究的方向之一。
气凝胶发明于1931年，但直到20世纪90年代才引起科研人员的广泛关注，2012年后引起绝热材料行业的强烈兴趣。中发【2021】36号文件“中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见”（2021年9月22日）中明确指出“推动气凝胶等新型材料研发应用”，国发【2021】23号文件“2030年前碳达峰行动方案”中提出“加快碳纤维、气凝胶、特种钢材等基础材料研发”。气凝胶材料在科技支撑“双碳”战略中具有十分重要的作用。
目前，典型的气凝胶产品——纤维增强氧化硅气凝胶绝热毡已经广为人知，但气凝胶材料体系庞杂，家族成员众多，除氧化硅气凝胶外还有其他各种具有独特性能和应用的气凝胶，这些气凝胶基本的原理、工艺和性能仍困扰着许多科研人员。各行各业的相关技术和管理人员都迫切渴望了解和掌握气凝胶材料基本知识。
南京工业大学气凝胶纳米材料研究团队在21世纪初开始气凝胶研究，在国家自然科学基金、 “创新团队发展计划”、国家相关部门重大科研计划等项目的支持下，对氧化硅、氧化铝、氧化钛等无机氧化物气凝胶、聚酰亚胺高分子气凝胶、碳化物陶瓷气凝胶等多种气凝胶进行了深入系统研究，从气凝胶的合成机理、组织结构演变和调控、性能应用等基础研究到工业化生产的整个过程都取得了一些研究成果。目前已发表论文112篇，其中SCI收录论文83篇，申请发明专利128件，其中已授权中国发明专利47件、美国发明专利1件。团队在2015年发起召开中国气凝胶材料国际学术研讨会并主办第一届会议、2017年创建中国绝热节能材料协会气凝胶材料分会、2018年成立“建筑材料行业气凝胶材料重点实验室”，为中国气凝胶材料研发和产业发展做了开拓性工作。
本书总结了笔者团队近年来在气凝胶领域的部分研究成果，同时参考了一些国内外重要文献，介绍气凝胶的一般知识和基本原理，以及各种气凝胶材料的制备和改性方法、结构特征、性能及应用。全书由沈晓冬和崔升统稿，孔勇做了协助工作，共十章：第一章由沈晓冬和江国栋撰写，介绍了气凝胶的基本知识、原理、应用和技术发展趋势；第二章由滕凯明撰写，介绍了氧化硅气凝胶的制备与表征；第三章由崔升和滕凯明撰写，介绍了氧化硅气凝胶复合材料的制备和性能；第四章由崔升和孔勇撰写，介绍了氧化硅气凝胶的功能化改性及吸附性能；第五章由崔升和孔勇撰写，介绍了稻壳为原料制备氧化硅气凝胶的方法及其氨基改性的方法和吸附性能；第六章由林本兰、仲亚和伊希斌撰写，介绍了氧化铝和氧化钛气凝胶的制备，以及载紫杉醇磁靶向四氧化三铁气凝胶的制备及性能；第七章由仲亚撰写，介绍了炭/氧化铝复合气凝胶及复合材料的制备和表征；第八章由孔勇撰写，介绍了碳化硅气凝胶的制备、结构和性能；第九章由孔勇撰写，介绍了聚酰亚胺气凝胶的制备、改性、结构和性能；第十章由吴晓栋和邵高峰撰写，介绍了石墨烯基气凝胶的制备及催化和气体传感性能。
本书内容包含了江国栋、滕凯明、伊希斌、仲亚、孔勇、林本兰、吴晓栋、邵高峰、吴君等博士论文部分研究内容，以及冷映丽、韩桂芳、吴占武、周小芳、成伟伟、顾丹明、张君君、顾龙华、吴兰兰、阮居祺、马佳、周游、陈颖、张鑫、薛俊、李博雅、景峰、李砚涵、张嘉月、锁浩、朱昆萌、王雪等硕士论文部分研究内容，博士研究生唐祥龙、赵志扬、任建以及部分硕士研究生参与校核，在此感谢他们的辛苦工作。同时感谢化学工业出版社在本书撰写和修改过程中给予的指导和帮助。
由于笔者水平有限，书中难免有疏漏之处，敬请读者指正。
沈晓冬
2022年2月于南京
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