Facilitated fabrication of high strength silica aerogels using cellulose nanofibrils as scaffold

脚手架 材料科学 制作 复合材料 化学工程 纤维素 机械强度 纳米技术 生物医学工程 医学 工程类 病理 替代医学
作者
Jingjing Fu,Siqun Wang,Chunxia He,Zexiang Lu,Jingda Huang,Zhilin Chen
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier BV]
卷期号:147: 89-96 被引量:144
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2016.03.048
摘要

Monolithic cellulose nanofibrils (CNF)-silica composite aerogels were successfully prepared by immersing CNF aerogels into a silica solution in a two-step sol-gel process (initial hydrolysis of tetraethyl orthosilicate (TEOS) followed by condensation of silica particles). Aerogels were characterized by SEM, BET surface area test, bulk density and silica content analysis, FTIR spectroscopy, and compression test. The form of SiO2 existing in the composite aerogel was the spherical individual particles coated on CNF fibrils. The pH value of condensation solution was found to have great influence on the properties of the composite aerogels. By varying the pH value of condensation atmosphere from 8 to 12, the bulk densities of composite aerogels were able to be linearly increased from 0.059 g cm−3 to 0.29 g cm−3,and the silica content in the matrix sharply jumped from 3 wt% to 79 wt%. The porosities of the aerogels remained very high, between 85 and 96%, and the surface area of the composite aerogel reached up to 700.1 m2 g−1. The compression properties of the composite aerogel improved greatly compared with those of the silica aerogel, about 8–30 times higher. Moreover, the compressive strength of the composite aerogel prepared in this work greatly exceeded the conventional insulation materials found in the recent commercial market, and without substantial increases in thermal conductivity. Hence, the findings of this research offer a promising application for composite aerogels and give a theoretical basis for developing new advanced materials.
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