硅系气凝胶是目前研究理论最为完善、合成技术最为成熟的气凝胶材料。本工作分别以四乙氧基硅烷(TEOS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、MTMS与二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)混合硅源、乙烯基甲基二甲氧基硅烷(VMDMS)为前驱体, 制备了不同种类的硅系气凝胶。所制得的硅系气凝胶具有较高的比表面积, 并呈现出纳米多孔的网络结构。本研究详细探讨了前驱体结构对气凝胶的力学及热学性能的影响。结果表明, 硅系气凝胶的骨架结构交联度越低, 弹性性能越好; 同时, 引入有机碳氢链会进一步提升气凝胶的弹性性能。所制备的硅系气凝胶兼具良好的保温隔热性能, 常温热导率在0.032~0.041 W/(m·K)范围内, 热重损失随着骨架结构内有机组分的增多而增大。这些优良的力学及热学性能使硅系气凝胶在保温隔热、储能等领域均具有广阔的应用前景。

温度漂移是影响光纤陀螺精度的主要因素之一, 温度漂移建模和补偿是消除和减小温度漂移的有效方法。首先分析了影响光纤陀螺温度漂移的关键因素, 同时进行了光纤陀螺温度漂移测试实验。然后采用泛化能力较神经网络更好的支持向量机对光纤陀螺温度漂移进行回归、建模, 其中支持向量机的核函数采用了具有更好数据集适应性的径向基核函数。为了提高支持向量机的建模精度, 引入人工鱼群算法对支持向量机的核心参数C(惩罚系数)和核函数的参数进行寻优。最后, 使用实际的光纤陀螺温度漂移数据对提出的补偿方法进行实验验证, 结果表明采用该方法补偿后的剩余光纤陀螺误差较采用线性回归方法减小了四五个数量级。

为了减少太阳能电池表面反射, 提高多结太阳能电池效率, 针对GaInP/GaAs/Ge三结太阳能电池和AM0光谱, 设计了折射率梯度排列的四层减反膜系结构.利用溶胶-凝胶技术, 通过对材料折射率的定向调节, 制备了折射率梯度排列的TiO2/ZrO2/酸性SiO2/碱性SiO2四层减反膜.实验结果表明, 镀膜后的三结太阳能电池在300~1 700 nm波长范围内的加权平均反射率由原先的28.58%降低至4.86%, 最高反射率由46.35%降低至15.45%.

低密度的高原子序数元素氧化物气凝胶由于前驱体形成端基双键而易于收缩和开裂。通过调控配位环境结合无机分散溶胶凝胶法, 制备了稀土氧化物气凝胶。氧化镧基气凝胶和氧化钇基气凝胶块体的成型性好, 最低密度分别为0.05 g·cm-3和0.06 g·cm-3。其成分分别为六方相的La(OH)3和六方相的Y(OH)3, 而聚丙烯酸中的羧基与稀土离子之间以桥接的方式进行配位。两种气凝胶均存在明显的多级结构, 氧化镧基和氧化钇基气凝胶的初级粒子分别为纤维状和片/球混合形貌, 而其二级粒子均为球形。两种气凝胶的比表面积分别为229.1 m2·g-1和229.6 m2·g-1。该方法制备的稀土氧化物气凝胶具有低的密度和纳米尺度的均匀性, 在背光源中有潜在的应用。

介绍了碳气凝胶/聚苯乙烯（CRF/CH）双介质柱状靶的制备方法。使用溶胶-凝胶法和微模具原位成型法制备了直径为820 μm的间苯二酚-甲醛（RF）气凝胶微柱，在氮气保护下进行高温碳化后得到直径为730 μm、密度为250 mg·cm-3的CRF微柱；采用浸渍提拉法在CRF微柱柱面镀制一层厚度为26 μm 的CH薄膜， 形成CRF/CH双介质结构；采用机械微切割技术制备了长度为1 mm， 内径为730 μm，壁厚为26 μm的CRF/CH双介质柱状靶。实验研究了RF,CRF气凝胶微柱的制备工艺、微观形貌及CRF微柱轴向和径向的密度均匀性，探讨了影响CH薄膜厚度的主要因素，并对CH薄膜的表面形貌和两种材料之间的界面进行了表征。

以间苯二酚和甲醛为原料，采用溶胶-凝胶工艺，结合高温碳化和溶剂替换常压干燥技术，制备了碳气凝胶。通过改变间苯二酚与碳酸钠的物质的量比和反应物间苯二酚与甲醛的质量分数，实现对碳气凝胶孔洞结构的控制。制备了钯掺杂碳气凝胶。以透射电镜、X射线衍射谱证实了钯元素以纳米单质颗粒形式存在于碳气凝胶的骨架结构中。对掺杂碳气凝胶进行了活化工艺的后处理，成功提高了比表面积有2倍之多，获得了比表面积为1 273 m2/g的钯掺杂碳气凝胶。氢吸附性能研究结果表明：最优活化工艺所得的碳气凝胶样品(3 212 m2/g)在92 K，3.5 MPa条件下的饱和储氢质量分数为3%，此样品在303 K，3.2 MPa时的储氢质量分数为0.84%。对钯掺杂碳气凝胶的常温(303 K)氢吸附测试表明，掺杂后碳气凝胶的总储氢质量分数下降了，但单位比表面积的储氢质量分数提高了。

以间苯二酚-甲醛为原料，结合自制活动式微模具成型工艺制备不同厚度和密度的碳气凝胶薄片，采用密度为10 mg·cm-3的SiO2溶胶为“粘合剂”，获得单元薄片厚度在100～580 μm，密度在50～400 mg·cm-3范围内变化的5层密度渐变碳气凝胶靶型。重点研究了该特殊靶型内部C/SiO2气凝胶层间界面情况。采用场发射扫描电镜(FESEM),X射线相衬成像仪等对靶型整体结构及碳气凝胶单元薄片表面和内部微观结构进行了表征。结果表明：胶粘层SiO2气凝胶厚度约为15 μm，厚度一致，远小于碳气凝胶层厚度且与碳气凝胶薄片的胶粘程度较好，界面平整，靶结构均匀。(Shanghai Key Laboratory of Special Microstructure Materials and Technology， Tongji University， Shanghai 200092， China)Abstract：Key words:

研究了不同密度和厚度的碳气凝胶薄片的制备及其表面致密层去除工艺。在以间苯二酚、甲醛为原料制备有机及碳气凝胶块体材料的基础上, 结合自制活动式微模具成型工艺, 制备了厚度在80~350 μm, 密度在50~600 mg·cm-3范围内变化的碳气凝胶薄片。采用场发射扫描电镜、X射线相衬成像和表面轮廓仪-台阶仪等手段对其表面和内部微观结构进行了表征。测试结果表明, 碳气凝胶薄片与块体的内部结构相同, 但薄片表面存在一层和内部结构截然不同的致密层。采用不同粗糙程度的材料对薄片进行了表面微处理, 成功去除该致密“皮”层。

从理论、实验两方面对薄膜的激光损伤机理和提高损伤阈值的手段进行了回顾。概括了现有理论模型及其适用范围, 对缺陷的行为进行了多方面的论述, 重点比较了各种制备方法及后处理手段的特点, 分析了主要工艺参数对薄膜损伤阈值的影响。结合本实验室及国内外同行的工作, 对溶胶-凝胶法制备高损伤阈值薄膜的工艺进行了总结。从吸收、热传导、抗拉强度等角度对物理膜和化学膜在结构与性能上进行了比较, 提出了从化学键、成膜过程等方面分析损伤机理的建议, 并结合真空污染、亚表面损伤等新问题提出了未来工作的发展方向。

用膜系设计软件设计了λ/4-λ/2的W型的双层减反射薄膜，优化了薄膜的光学常量，并使用溶胶-凝胶技术在玻璃基底上成功镀制了该双层折射率梯度的减反射薄膜.用椭圆偏振光谱仪、紫外-可见-近红外分光光度计、原子力显微镜等分析表征了薄膜的性能.结果表明，镀制了该双层薄膜的玻璃在400 nm～800 nm波段平均透过率增加了近6%，同时薄膜显示出了极佳的机械强度.