本文简要综述了间苯二酚-甲醛(RF)有机气凝胶的基本特性、制备方法、表征手段及其国内外研究概况;通过系统实验,改进了RF气凝胶及其碳气凝胶(CRF)的制备工艺,探索了具有激光惯性约束聚变(ICF)实验应用前景的掺杂RF气凝胶的制备方法;采用密度泛函(DFT)B3LYP从头计算方法,应用Gaussian98程序,对RF气凝胶单体的分子结构进行了初步的理论计算。主要工作及相应结果如下:1.采用溶胶-凝胶工艺结合动态溶剂交换、CO2超临界流体干燥与程序升温碳化方法制备出性能优良、具有纳米网络结构的RF与CRF气凝胶;深入研究了反应物配比催化剂用量等条件对凝胶过程的影响,得到了较佳的RF凝胶制备条件(RF浓度应大于2%,R/C值取50～300);初步研究了凝胶过程中的粘度、粒径变化情况,分析了催化剂用量影响凝胶中粒子尺度的原因,在实验上印证了凝胶生长遵循“聚增长”的理论;通过引入超声波改进了RF气凝胶的制备工艺,缩短了凝胶反应时间,提高了凝胶品质,并探讨了超声波促进RF凝胶反应作用的原因;首次用对苯二酚与间苯二酚复配制备了混合有机气凝胶,优化出复配比(对苯二酚含量为10%～40%)。2.以纳米镍粉、TiCl、Ti(OCH)为掺杂剂,初步探索了金属掺杂RF气凝胶的制备方法,实验结果表明:就凝胶性状、掺杂均匀性与掺杂量等因素而言,化学掺杂方法优于物理掺杂方法。3.结合SEM、TEM、FTIR、XPS、XRD及BET等分析检测手段对RF、CRF及掺杂RF气凝胶进行了表征,结果显示:RF、CRF及掺杂RF气凝胶基本为非晶态并具有相似的纳米网络结构;物理法实现了纳米金属团簇材料的有机包覆,但掺杂均匀性差,掺杂量相对有限,掺杂过程难于避免引入除C、H、O外的其它元素;化学法掺杂均匀性好,掺杂量相对较大,可以实现RF气凝胶的“无污染”掺杂,这对于ICF靶掺杂材料的制备研究具有极为重要的应用意义。 4.首次用B3LYP/ 6-311G**方法对间苯二酚、甲醛和羟甲基间苯二酚分子的平衡几何构型和能量进行了全优化,得到了单元/二元羟甲基间苯二酚能量极小构型;对间苯二酚和单元/二元羟甲基间苯二酚的电荷分布进行计算,分析了亚稳态向最稳态过渡的趋势,并对RF凝胶的生长机理做了初步的理论探索;计算出羟甲基间苯二酚的分子直径和振动光谱,分析了相关振动模式的归属,得到与实验数据相一致的结果;考察了温度、压强及同位素取代效应对羟甲基间苯二酚热力学性质及振动频率的影响,给出了不同位置发生同位素取代对振动的影响以及熵(S)随温度、压强及同位素变化关系曲线。……
