分散在所述骨架中的变色微胶囊，所述气凝胶具有纳米多孔结构，其中孔的孔径为 10nm-50 μ m，所述气凝胶的密度为0. 05-0. 90g/cm3,尤其优选为0. 14-0. 90g/cm3,比表面积 为 100m2/g-1200m2/g〇
[0060] 其中，所述气凝胶中变色微胶囊的含量为0. 001mg/ml-5. 0mg/ml。
[0061] 其中，所述变色微胶囊可通过业界所知的合适方式制备或从市售途径获取，其粒 径优选在2-7 μ m之间，外部是一层厚约0. 2-0. 5微米既不能溶解也不会融化的透明外壳， 内部为含有变色官能团的变色粉。
[0062] 进一步的，所述具有热致变色功能的Si02气凝胶在室温下表现出多种颜色（例 如，红色、黄色、绿色、蓝色等），环境温度升高后，气凝胶变为无色或白色。当温度回到室温 时，又恢复原始的彩色。其中，气凝胶由彩色变为白色或从白色变为彩色的温度点或温度范 围称为热致变色临界温度。
[0063] 在本发明中，所述热致变色临界温度为10°C -80°c。
[0064] 以下结合若干实例及附图对本发明的技术方案作进一步的解释说明。
[0065] 实施例1
[0066] (1)CS硅油制备：将1摩尔正硅酸乙酯、1.3摩尔稀溶液（104mol/l)、乙醇（180ml) 混合，回流l〇h后备用。
[0067] (2)红色变色微胶囊/Si02复合凝胶制备：取2份CS硅油，3份乙醇以及0.0 Olmg/ ml的变色微胶囊于搅拌藎，搅拌条件下滴入l_2ul浓氨水，搅拌速度在300rpm，搅拌10min 后静置形成复合醇凝胶。
[0068] (3)凝胶老化及溶剂置换：将所得复合醇凝胶在室温条件下老化3d，同时每隔12h 换一次乙醇溶剂，使其溶剂置换充分，得到完成溶剂置换的二氧化硅醇凝胶。
[0069] (4)超临界干燥：将所得溶剂置换完全的二氧化硅醇凝胶置于二氧化碳超临界干 燥釜，设定干燥温度高于40°C以上，干燥压力不低于lOMPa，干燥时间不低于12h，得到较完 整的具有热致变色功能的二氧化硅气凝胶，在30°C左右，随温度的升高，气凝胶由红色变白 色，反之亦然。经SEM等表征，可以发现，该气凝胶具有纳米多孔结构，变色微胶囊均匀分散 在凝胶骨架。该具有热致变色功能的Si0 2气凝胶的等温吸附曲线请参阅图1A，其电镜图为 图1B，其他参数见于表1。
[0070] 实施例2
[0071] (1)CS硅油的制备：将1摩尔正硅酸甲酯、1.3摩尔稀酸溶液（浓度为102mol/L)、 乙醇（100ml)混合，回流8h后备用。
[0072] (2)粉色变色微胶囊/Si02复合气凝胶的合成：取2份CS硅油、3份乙醇、以及 0. 12mg/ml变色微胶囊于搅拌藎内，搅拌下加入l-2ul浓氨水，搅拌速度在800rpm，搅拌 30min后，静置形成复合醇凝胶。
[0073] (3)凝胶老化及溶剂置换：将所得复合醇凝胶在室温条件下老化3d，同时每隔12h 换一次乙醇溶剂，使其溶剂置换充分，得到完全溶剂置换的二氧化硅醇凝胶。
[0074] (4)超临界干燥：将所得溶剂置换完全的二氧化硅醇凝胶置于二氧化碳超临界干 燥釜，设定干燥温度高于40°C以上，干燥压力不低于lOMPa，干燥时间不低于12h，得到较完 整的具有热致变色功能的二氧化硅气凝胶。该气凝胶在42°C左右，随温度的升高，由粉色变 白色。该具有热致变色功能的Si0 2气凝胶的等温吸附曲线请参阅图2,其他参数见于表1。
[0075] 实施例3
[0076] (1)CS硅油的制备：将1摩尔正硅酸乙酯、0.8摩尔稀酸溶液（103mol/ml)、乙醇 (200ml)混合，回流10小时后备用。
[0077] (2)橘黄色变色微胶囊/Si02复合气凝胶的合成：取2份CS硅油、5份乙醇、以 及0. 2mg/ml变色微胶囊于搅拌藎内，搅拌下加入l-2ul浓氨水，搅拌速度在500rpm，搅拌 lOmin后，静置形成复合醇凝胶。
[0078] (3)凝胶老化及溶剂置换：将所得复合醇凝胶在室温下老化5d，同时每隔12h换一 次乙醇溶剂，使其充分置换，得到完全溶剂置换的二氧化硅醇凝胶。
[0079] (4)超临界干燥：将所得溶剂置换完全的二氧化硅醇凝胶置于二氧化碳超临界干 燥釜，设定干燥温度高于40°C以上，干燥压力不低于lOMPa，干燥时间不低于12h，得到较完 整的具有热致变色功能的二氧化硅气凝胶。该气凝胶在45°C左右，随温度的升高，由橘黄色 变白色。该具有热致变色功能的Si0 2气凝胶的等温吸附曲线请参阅图3,其他参数见于表 1〇
[0080] 实施例4
[0081] (1)CS硅油制备：将1摩尔正硅酸乙酯、1.6摩尔稀溶液（105mol/l)、乙醇（180ml) 混合，回流l〇h后备用。
[0082] (2)蓝色变色微胶囊/Si02复合气凝胶的合成：取2份CS硅油、5份乙醇、以及 0. 25mg/ml变色微胶囊于搅拌藎内，搅拌下加入l-2ul浓氨水，搅拌速度在lOOOrpm，搅拌 15min后，静置形成复合醇凝胶。
[0083] (3)凝胶老化及溶剂置换：将所得复合醇凝胶在室温下老化3d，同时每隔12h换一 次乙醇溶剂，使其充分置换，得到完全溶剂置换的二氧化硅醇凝胶。
[0084] (4)超临界干燥：将所得溶剂置换完全的二氧化硅醇凝胶置于二氧化碳超临界干 燥釜，设定干燥温度高于40°C以上，干燥压力不低于lOMPa，干燥时间不低于12h，得到较完 整的具有热致变色功能的二氧化硅气凝胶。该气凝胶在51°C左右，随温度的升高，由蓝色变 白色。该具有热致变色功能的Si0 2气凝胶的等温吸附曲线请参阅图4,其他参数见于表1。
[0085] 实施例5
[0086] (1)CS硅油的制备：将1摩尔正硅酸乙酯、1.8摩尔稀酸溶液（104mol/L)、乙醇 (800ml)混合，回流10小时后备用。
[0087] (2)草绿色变色微胶囊/Si02复合气凝胶的合成：取4份CS硅油、5份乙醇、以及 0. 3mg/ml变色微胶囊于搅拌藎内，搅拌下加入l-2ul浓氨水，搅拌速度在1200rpm，搅拌 18min后，静置形成复合醇凝胶。
[0088] (3)凝胶老化及溶剂置换：将所得复合醇凝胶在室温下老化3d，同时每隔12h换一 次乙醇溶剂，使其充分置换，得到完全溶剂置换的二氧化硅醇凝胶。
[0089] (4)超临界干燥：将所得溶剂置换完全的二氧化硅醇凝胶置于二氧化碳超临界干 燥釜，设定干燥温度高于40°C以上，干燥压力不低于lOMPa，干燥时间不低于12h，得到较完 整的具有热致变色功能的二氧化硅气凝胶。该气凝胶在60°C左右，随温度的升高，由草绿色 变白色。该具有热致变色功能的Si0 2气凝胶的等温吸附曲线请参阅图5,其他参数见于表 1〇
[0090] 表1实施例1-5中所获功能化Si02气凝胶的结构和性能参数
[0091]
[0092] 应当理解，以上说明及在图纸上所示的实施例，不可解析为限定本发明的设计思 想。在本发明的技术领域里持有相同知识者可以将本发明的技术性思想以多样的形态改良 变更，这样的改良及变更应理解为属于本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种具有热致变色功能的Si02气凝胶，其特征在于包含主要由Si02形成的凝胶网 络骨架及分散在所述骨架中的变色微胶囊，所述气凝胶具有纳米多孔结构，其中孔的孔径 为10nm-50μm，所述气凝胶的密度为0. 05-0. 90g/cm3,比表面积为100m2/g-1200m2/g。2. 根据权利要求1所述的具有热致变色功能的Si02气凝胶，其特征在于所述气凝胶中 变色微胶囊的含量为〇. 〇〇lmg/ml-5.Omg/ml。3. 根据权利要求1或2所述的具有热致变色功能的Si02气凝胶，其特征在于所述气凝 胶在室温下呈彩色，而在温度大于或等于热致变色临界温度的环境中呈白色或无色，所述 热致变色临界温度为l〇°C-80 °C。4. 权利要求1-3中任一项所述具有热致变色功能的Si02气凝胶的制备方法，其特征在 于包括如下步骤： (1) 将硅源部分水解，形成具有不同聚合度的多聚硅氧烷； (2) 将所述多聚硅氧烷与变色微胶囊的醇溶液及碱催化剂均匀混合，静置形成变色微 胶囊/Si02复合醇凝胶； (3) 将所述变色微胶囊/Si02复合醇凝胶经溶剂置换形成醇凝胶，并将所述醇凝胶超临 界干燥，获得所述具有热致变色功能的Si02气凝胶。5. 根据权利要求4所述具有热致变色功能的Si02气凝胶的制备方法，其特征在 于步骤（1)包括：将硅源、水及醇混合，并加入水解催化剂形成回流反应体系，在温度为 30°C_150°C的条件下水解0. 5-96.Oh，获得所述多聚硅氧烷； 其中，所述硅源与水的摩尔比为0. 5:1-1:10,所述醇与硅源的摩尔比为10:1-1:10 ; 所述硅源包含正硅酸酯，所述正硅酸酯包括正硅酸甲酯、正硅酸乙酯的任意一种或者 两种组合； 所述水解催化剂采用无机酸或有机酸。6. 根据权利要求5所述具有热致变色功能的Si02气凝胶的制备方法，其特征在于所述 回流反应体系所含水解催化剂的浓度为10s-l〇°mol/ml。7. 根据权利要求4所述具有热致变色功能的Si02气凝胶的制备方法，其特征在于步骤 (2) 中所述醇与多聚硅氧烷的体积比为1:10-10:1，且所述碱催化剂的用量为所述醇总体积 的 0·001-5%。8. 根据权利要求4或7所述具有热致变色功能的Si02气凝胶的制备方法，其特征在于 步骤（2)中所述醇包括甲醇或乙醇，所述碱催化剂包括氢氧化钠、尿素、氨水、脲中的任一种 或者两种以上组合。9. 根据权利要求4所述具有热致变色功能的Si02气凝胶的制备方法，其特征在于步骤 (3) 包括：将所述变色微胶囊/Si02复合醇凝胶经乙醇置换老化1天以上，获得所述醇凝胶。10. 根据权利要求4所述具有热致变色功能的Si02气凝胶的制备方法，其特征在于步 骤（4)中所述超临界干燥的条件包括：干燥温度在25-KKTC之间，压力控制在2-100MPa之 间。
【专利摘要】本发明公开了一种具有热致变色功能的SiO2气凝胶及其制备方法，该气凝胶包含主要由SiO2形成的凝胶网络骨架及分散在所述骨架中的变色微胶囊，所述气凝胶具有纳米多孔结构，其孔径分布为10nm-50μm，且该气凝胶的密度为0.05-0.90g/cm3，比表面积为100m2/g-1200m2/g，热致变色临界温度为10℃-80℃；该制备方法包括：以不同聚合度的多聚硅氧烷作硅源，通过将硅源、变色微胶囊、醇及碱催化剂均匀混合，静置形成凝胶，然后通过溶剂置换，之后超临界干燥而得到目标产物。本发明工艺简单，所获热致变色功能的SiO2气凝胶具有理想的密度、热导率、比表面积等，在满足保温隔热性能的同时，其颜色可以随环境温度的变化而发生可逆的变化，从而达到对环境温度的指示作用。
【IPC分类】C09K9/00, B01J20/10, C09K5/14, C01B33/16
【公开号】CN105441036
【申请号】CN201410509573
【发明人】张学同, 危勇, 王锦
【申请人】中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年9月28日