超轻质纳米多孔二氧化硅气凝胶
二氧化硅气凝胶在保温隔热领域中的应用
二氧化硅气凝胶在保温隔热领域中的应用摘要】气凝胶是一类纳米多孔材料，其内部孔隙由气体代替溶剂填充，孔隙率高、密度低，因此，其作为一种轻固体材料引起研究者极大的兴趣。
鉴于二氧化硅的材质和二氧化硅气凝胶纳米孔高气体填充率的特质，所以二氧化硅气凝胶固体和孔内气体导热率低，隔热性能优异，室温导热系数低至0.012W/（m·K）。
本文将介绍二氧化硅气凝胶的制备方法及在隔热领域中的应用进展。
【关键词】二氧化硅；气凝胶；保温隔热；领域应用一、二氧化硅气凝胶的性能特点气凝胶行业目前处在产业化大发展期，价格是最大瓶颈。
随着国家对建筑节能中“高效保温”与“防火安全”的高度重视，使得二氧化硅气凝胶在建筑节能领域中的更多应用成为可能。
和现有的保温材料相比，二氧化硅气凝胶保温隔热复合材料具有以下优异效果：①兼顾“高效保温”与“防火安全”。
②较好的透气性。
由于水泥石干燥收缩和固化时内部积存压力的共同作用，在固化后气凝胶与包裹的水泥基体有数微米的空隙改善水泥砂浆/混凝土内部毛细孔通道，且基体中含大量均匀分布的孔洞结构，透气性好。
③隔音效果佳。
由于二氧化硅气凝胶的低声速特性，用它制备的复合材料也还是一种较好的声学延迟或高温隔音材料，具备有效隔音的功能。
二、二氧化硅气凝胶在保温隔热领域中的应用（一）气凝胶粉体或颗粒由于气凝胶粉体材料不易成型，二氧化硅气凝胶粉末一般不单独作为保温隔热材料使用。
但是它可以作为功能结构材料的夹层，填充层使用；或者与其他材料复合和粘结作为保温隔热材料来使用。
二氧化硅粉末可以添加到某些涂料中，复合成为具有保温效果的保温隔热涂料。
河南工业大学何方等将二氧化硅气凝胶微球加入到纯丙乳液中，混合其他助剂制成二氧化硅气凝胶隔热涂料，并将它涂覆于普通马口铁基材上，制得隔热涂层。
所得的涂层表面光滑平整，附着力强，硬度好，耐水耐热性能较好，隔热性能突出，可以很好的满足隔热涂料的基本需要。
（二）气凝胶毡气凝胶毡是将二氧化硅气凝胶在湿溶胶阶段与纤维增强材料复合，然后经过凝胶和干燥制备得到气凝胶毡。
二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶
二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶是当前市场上比较常见的四种气凝胶材料。
它们在吸附剂、催化剂、隔热材料、保温材料、光学材料等领域有着广泛的应用。
今天我们就来详细了解一下这四种气凝胶材料的特点和应用。
首先是二氧化硅气凝胶，它是目前应用最广泛的一种气凝胶材料。
二氧化硅气凝胶具有超大比表面积、高孔隙率和优异的吸附性能。
这种材料具有轻重、隔音、隔热等优点，适用于制作隔热材料、吸附剂等。
在建筑材料中，二氧化硅气凝胶也有广泛的应用，可以制作保温砖、隔热涂料等。
二氧化硅气凝胶还可以作为光学材料，在激光、红外、紫外等波段具有较好的透过性。
在光学成像、光学通信等领域也有着广泛的应用。
接下来是氧化铝气凝胶。
氧化铝气凝胶是一种非常轻质的气凝胶材料，具有疏水性和隔热性能。
由于其高纯度和孔隙结构特点，氧化铝气凝胶被广泛应用于高温隔热材料、火灾防护材料等领域。
氧化铝气凝胶还具有优异的吸声性能，因此在汽车、飞机等交通工具中也有着广泛的应用。
在电子元器件中，氧化铝气凝胶还可以作为捕捉器件和隔离材料使用。
最后是碳气凝胶。
碳气凝胶是一种具有微孔结构的碳材料，具有超大比表面积和孔隙率。
由于其具有优异的吸附性能和导电性能，碳气凝胶被广泛应用于电池、超级电容器、吸附剂等领域。
在环境保护领域，碳气凝胶还可以使用于有机废水处理、污染气体吸附等方面。
在催化剂制备中，碳气凝胶也有着广泛的应用，可以用于制备金属和半导体催化剂。
二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶是四种具有独特特点和广泛应用领域的气凝胶材料。
它们在各个领域中都有着重要的应用价值，为我们的生活和科技发展提供了重要支持。
希望未来能够有更多的气凝胶材料问世，为人类社会带来更多的发展机遇。
【本文2004字】。
第二篇示例：气凝胶（aerogel）是一种具有微孔结构的固体材料，其空隙比表面积极高，吸附性能极强，是一种优秀的多功能材料。
二氧化硅气凝胶密度
二氧化硅气凝胶密度
二氧化硅气凝胶是一种非常轻的材料，密度通常在0.1 g/cm3到0.5 g/cm3之间。
这种材料被广泛用于隔热、干燥和过滤等应用领域，因为它非常轻，不易燃烧，并且具有良好的吸湿性能。
气凝胶的密度受到多种因素的影响。
其中最重要的因素是凝胶的成分和制备过程。
当制备过程中，pH值、温度、压力、水化浸润剂的用量等参数变化时，凝胶的密度也会相应发生变化。
此外，晶化过程也会导致密度变化，通常情况下，较小的晶体颗粒会导致较低的密度。
在生产过程中，为了控制凝胶的密度，可以采取以下一些措施：
1. 通过调整水化液和硅烷（或硅酸盐）的摩尔比例来控制成分
2. 控制反应可控模板的应用量和合适的温度、PH值等反应条件
3. 采取适当的升降温速率，使得凝胶的分散度和晶化避免产生孔隙
4. 通过纳米颗粒的掺入，可以调节凝胶的密度
在选择气凝胶材料时，需要根据具体应用场景来确定密度，以便获得最优的性能。
通常情况下，密度越低，隔热性能就越好，但是密度越低，强度和耐久性就越低。
因此，在一些需要承受外力或需要长期使用的应用中，需要选择密度相对高的材料。
总之，气凝胶的密度是一个重要的性能指标，它受制备过程和材料成分的影响。
在选择和应用气凝胶材料时，需要根据具体条件来确定合适的密度，以获得最优的性能。
二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶
二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶都是纳米材料，具有独特的纳米多孔网络结构。
它们在不同的领域具有广泛的应用前景。
1. 二氧化硅气凝胶：二氧化硅气凝胶（SiO2气凝胶）是一种以纳米二氧化硅颗粒相互聚集构成的纳米多孔网络结构材料。
它们具有低密度、高比表面积、良好的隔热性、隔音性、非线性光学性质、过滤与催化性质等特点。
二氧化硅气凝胶的主要制备方法是通过溶胶凝胶法制备SiO2凝胶，然后干燥得到气凝胶。
溶胶凝胶法制备的二氧化硅气凝胶受到制备条件（如水量、温度）的影响，其性能会有所不同。
二氧化硅气凝胶广泛应用于建筑、电子、环保等领域。
2. 氧化铝气凝胶：氧化铝气凝胶（Al2O3气凝胶）是一种以纳米氧化铝颗粒相互聚集构成的纳米多孔网络结构材料。
它们具有高强度、高硬度、高热稳定性、良好的电绝缘性等特点。
氧化铝气凝胶的主要制备方法是通过溶胶凝胶法制备Al2O3凝胶，然后干燥得到气凝胶。
氧化铝气凝胶广泛应用于航空航天、汽车、电子、化工等领域。
3. 氧化锆气凝胶：氧化锆气凝胶（ZrO2气凝胶）是一种以纳米氧化锆颗粒相互聚集构成的纳米多孔网络结构材料。
它们具有高强度、高硬度、高热稳定性、良好的化学稳定性等特点。
氧化锆气凝胶的主要制备方法是通过溶胶凝胶法制备ZrO2凝胶，然后干燥得到气凝胶。
氧化锆气凝胶广泛应用于航空航天、陶瓷、电子、医疗等领域。
4. 碳气凝胶：碳气凝胶（C气凝胶）是一种以纳米碳颗粒相互聚集构成的纳米多孔网络结构材料。
它们具有高比表面积、高孔容、良好的导电性、热稳定性、化学稳定性等特点。
碳气凝胶的主要制备方法是通过溶胶凝胶法制备C凝胶，然后干燥得到气凝胶。
碳气凝胶广泛应用于能源、环保、化工、催化等领域。
总之，二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶都具有独特的性能和广泛的应用前景，这些性能和应用领域随着制备条件和应用需求的不同而有所差异。
二氧化硅气凝胶微观形貌
二氧化硅气凝胶微观形貌二氧化硅气凝胶是一种具有亲水性、多孔性和高比表面积的纳米材料。
其微观形貌是指气凝胶的结构、形状和排列方式等特征。
在研究和应用中，对二氧化硅气凝胶的微观形貌做全面而详细的表征非常重要，可以帮助我们深入理解其物理和化学性质，以及优化其制备方法和应用性能。
二氧化硅气凝胶的微观形貌主要通过显微镜技术来观察和分析。
常用的显微镜包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）等。
这些技术可以提供不同的放大倍数和分辨率，从而揭示气凝胶的不同层次结构和特征。
在细观尺度上，二氧化硅气凝胶通常呈现出类似海绵状的结构。
它由纳米级的固体颗粒络合而成，形成孔隙网络。
这些孔隙大小和分布较为均匀，可以调控得很精细，常在几纳米到几十纳米之间。
孔隙的尺寸和分布对气凝胶的物理和化学性质有重要影响，例如影响其吸附能力、导热性能和机械强度等。
在显微镜下观察二氧化硅气凝胶的表面形貌，可以看到其具有丰富的纳米结构。
这些纳米结构可以是颗粒状、粒子簇状、纳米线状或纳米片状等。
纳米颗粒通常具有球形或多面体形状，直径在几纳米到几十纳米之间。
纳米颗粒之间常通过物理或化学交联方式相互连接，形成不同的结构。
这些纳米结构的形貌和分布也对气凝胶的性能产生重要影响。
除了表面形貌，二氧化硅气凝胶的内部结构也具有相应的微观特征。
通过切片和显微镜观察，可以发现气凝胶内部空洞的形貌和排列方式。
常见的内部结构包括多孔结构、纳米管状结构和球状结构等。
这些结构的形貌和排列也直接影响气凝胶的储存孔隙率、通道连通性等性能。
除了显微镜技术，对于二氧化硅气凝胶的微观形貌还可以通过其他表征手段进行分析。
例如，气体吸附、X射线衍射（XRD）、核磁共振（NMR）和晶体学等方法可以提供进一步的结构信息和分析。
总体来说，通过综合运用这些表征手段，可以对二氧化硅气凝胶的微观形貌进行深入研究，揭示其内部和表面结构的有关特征和性质。
总而言之，二氧化硅气凝胶的微观形貌具有丰富多样的特征和结构，可以通过显微镜技术和其他表征手段进行详细的研究和分析。
厦门大学研制高效隔热纳米多孔SiO2气凝胶
厦门大学研制高效隔热纳米多孔SiO2气凝胶
佚名
【期刊名称】《有机硅氟资讯》
【年(卷),期】2009()7
【摘要】厦门大学材料学院研制出纳米多孔超轻质高效隔热SiO2气凝胶材料。
该材料阻燃性好，高温下不分解，可有效解决传统保温隔热材料不能解决的问题。
SiO2气凝胶可以制备成粒状、粉末状、板状以及柔性薄膜等。
该材料用于太阳能热水器的储水箱、管道和集热器上，可将现有太阳能热水器集热效率提高1倍以上，而热损失将降至现有水平的30％。
该材料具有极高的孔隙率、比表面积，极低的密度、声传播速度、介电常数等优异性能。
【总页数】1页(P60-60)
【正文语种】中文
【中图分类】TQ127.2;TU551
【相关文献】
1.厦门大学研制出纳米多孔超轻质高效隔热SiO2气凝胶材料 [J],
2.厦门大学研制高效隔热纳米多孔Si0_2气凝胶 [J],
3.厦大研制高效隔热纳米多孔SiO2气凝胶 [J],
4.厦大研制高效隔热纳米多孔SiO2气凝胶 [J],
5.高效隔热纳米多孔SiO_2气凝胶研制成功 [J],
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纳米二氧化硅气凝胶简介
二氧化硅气凝胶简介气凝胶（aerogels）通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。
气凝胶是一种固体，但是99%都是由气体构成，外观看起来像云一样。
气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量，有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。
最常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶。
SiO2气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80-99.8％，孔洞的典型尺寸为1-100 nm，比表面积为200-1000 m2/g，而密度可低达3 kg/m3，室温导热系数可低达0.012 W/（m•k）。
正是由于这些特点使气凝胶材料在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有很广阔的应用潜力。
一、气凝胶发展历史早在1931年，Steven.S.Kistler就开始研究气凝胶。
他最初采用的方法是用硅酸钠水溶液进行酸性浓缩，用超临界水再溶解二氧化硅，用乙醇交换孔隙中的水后，利用超临界流体干燥技术制成了最初的真正意义上的气凝胶。
这种材料的特点是透明、低密度、高孔隙率。
但受当时科研手段的限制，这种材料的研制并没有引起科学界的重视。
上世纪七十年代，在法国政府的支持下，Stanislaus Teichner在寻找一种用于存储氧和火箭燃料的多孔材料的过程中，找到一种新的合成方法，即把溶胶- 凝胶化学方法用于二氧化硅气凝胶的制备中。
这种方法推动了气凝胶科学的发展。
此后，气凝胶科学和技术得到了快速发展。
1983年Arlon Hunt 在Berkeley 实验室发现可用更安全、更廉价的二氧化硅气凝胶制作方法。
与此同时，微结构材料研究小组发现可用具有更低临界温度和临界压力的二氧化碳超临界流体取代乙醇作为超临界干燥的流体，使得超临界干燥技术得以向实用化阶段迈进。
八十年代后期，Larry Hrubesh 领导的研究者在Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) 制备了世界上最轻的二氧化硅气凝胶，密度是0.003 g/cm 3，仅有空气的3倍。
二氧化硅气凝胶简材料
二氧化硅气凝胶简材料
二氧化硅气凝胶是一种新型多孔功能材料，其固体相颗粒和孔洞均为纳米量级。
这种材料具有一系列的优异性能，包括轻质、半透明、高比表面积、高孔隙率、低声传播速度、低介电常数和极低的导热系数。
二氧化硅气凝胶的制备方法有多种，其中最常用的是溶胶-凝胶法。
这种方法的基本流程是将硅源（如TEOS）与溶剂混合，生成溶胶。
在溶胶中加入酸催化剂和水解剂，引发聚合反应，生成凝胶。
最后将凝胶进行干燥，即可得到二氧化硅气凝胶。
二氧化硅气凝胶在化学、热学、声学、光学、电学等领域，特别是在高效隔热材料、吸附材料、化学催化剂及其载体等方面有广阔的应用前景。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅二氧化硅气凝胶相关文献或咨询材料专家。
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什么是纳米的轻质纳米 多孔结构材料，拥有纳米尺寸颗粒与纳米孔 洞结构。
主要特性: ☛高比表面积1600 m2/g； ☛高孔隙率99.8%； ☛低密度0.003~0.35 g/cm3 ； ☛低热导率0.005~0.015 W/(m·K)。
2002年，气凝胶作为“世界上密度最低的固体”入 选《吉尼斯世界记录》。
计算过程没考虑传统材料逐年老化带来的热损！
万元
年
气凝胶相对于传统材料投资回报图表
施工现场
工程案例-蒸汽管道保温1
气凝胶50mm 热损率(W/ m) 59.46
气凝胶40mm 71.19
气凝胶30mm 90.62
岩棉100mm 135.7
节能率
41.58%
30.06%
10.97%
0
成本（万元） 242.55
2016年，气凝胶材料列入国家重点节能低碳技术推 广目录，气凝胶行业驶入了快速发展通道。
二氧化硅气凝胶材料的产品类型
气凝胶颗粒
气凝胶毡
气凝胶玻璃
气凝胶板
气凝胶球体
气凝胶系列产品
气凝胶材料异型构件
气凝胶管材 复合制品
气凝胶毡材 复合制品
气凝胶异形 件制品
厦门大学的核心技术与专利
惟一不掉粉的气凝胶毡；具有A1级防火特性； 密度（ 30-150kg/m3 ）与微观结构精细可调； 获16项国家发明专利授权，得到国际同行高度认可； 参与国家标准编制，通过中国原子能科学研究院、国家玻
管径159mm, 总长2800米；原有100mm岩棉 严重老化，保温效果丧失，表面 温度达55℃。热能浪费巨大
安装方式：室外架空，环境温度：25 ℃ 蒸汽温度：245℃；蒸汽压力：1.35MPa；流量：7.5t/h，流速：38.8m/s。 要求：表面温度不超过35 ℃，尽可能节能。
表面温度超过50℃
柔性气凝胶毡与传统材料的对比
常用厚度规格：10mm, 5mm, 3mm
岩棉
导热系数：0.014-0.017W/(m·K)(25℃) GB/T10294/ISO8302 0.012W/(m·K)(-165℃) GB/T10294/ISO8302 体积密度：150-200kg/m3 GB/T5480 憎 水 率：＞99% GB/T10299 燃烧等级：A1级 GB8624-2012 拉伸强度：0.6-2.0MPa GB/T17911 压缩强度：60KPa@10%,120KPa@20% GB/T13480 使用温度：-200℃到650℃
工程案例-蒸汽管道保温1
考虑传统材料逐年老化产生额外热损的计算结果！
考虑传统材料逐年老化产生额外热损的节能收益表格！
管径159mm, 总长2800米，内温245℃，环境温度25℃。
老化率按10%计算
工程案例2-高温蒸汽管道保温
安徽某热电厂锅炉主蒸汽管道保温工程 工况条件：
管径300mm, 总长380米； 安装方式：室外架空，年平均环境温度：17℃ 蒸汽温度：550℃；蒸汽压力：9.9MPa； 要求：表面年平均温度不超过40 ℃，尽可能节能。 保温方案节能计算 采用气凝胶隔热毡作为保温材料，外用0.5mm厚彩钢板防护，分别计算50mm、 60mm、70mm气凝胶保温，并与传统保温材料180mm对比节能效果和投资回报 周期。
传统材料严重老化
保温方案
采用气凝胶隔热毡作为保温材料，外用0.5mm厚彩钢板防护，分别计算30mm、
40mm、50mm气凝胶保温，并与传统保温材料100mm对比节能效果和投资回报周
期。
方案一
方案二
方案二
传统方案
气凝胶（mm）
50
40
30
岩棉厚度（mm）
0
0
0
100
工程案例-蒸汽管道保温1
上页案例理论计算是比较保守的，实际情况存在以下因素，节能效果更明显： 1、岩棉吸潮逐年老化，保温效果逐年降低，而气凝胶节能保温效果25年不变； 2、传统材料老化3-5年必须更换，改造成本巨大，而气凝胶免维护；
国标
S类≤0.017 A类≤0.021 B类≤0.023
A类≤0.036 B类≤0.042
厦门大学
0.014 （S类） 0.029（A类）
0.059
燃烧性能等级
Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型不得低于A（A2）级
A1
憎水率 振动质量损失率
≥98% 应不大于1.0%
99.7% 0.1%（掉粉率）
气凝胶产品的各项重要指标均优于国家标准，达到国际领先水平，竞争优势明显。
气凝胶材料超低的导热系数，不吸水老化的特性妥善解决了上述问题，使管道 设备保温常年稳定。30-40%的保温厚度，节能率可达45%。
工厂传统保温材料老化后，管道表面温度达到57℃，热能损 失巨大。
改造前
传统材料严重老化
传统材料吸潮严重老化，保温失效
工程案例-蒸汽管道保温1
某精炼厂主蒸汽管道保温改造方案 工况条件：
璃纤维检验中心、石油和化学工业检验中心等权威机构检 测；
气凝胶毡（厦门大学）的性能与国家标准的比对
产品性能与国标《纳米孔气凝胶复合绝热制品GB/T 34336-2017》对比
项目
导热系数（W/(m.K)） 平均温度25℃
导热系数（W/(m.K)） 平均温度300℃
导热系数（W/(m.K)） 平均温度500℃
184.76
131.61
58.64
年节能（万元） 75.16
63.61
44.45
0
回报周期（年） 2.49
2.02
1.68
对比岩棉 2800米管路 对比岩棉
最终采用40mm气凝胶方案； 本次改造实际上每年可为工厂节约63.6万元的 蒸汽成本；实际投资回报周期不到2年。
改造后，环境温度23.1℃， 表面温度31.8℃
硅酸铝
气凝胶毡
柔性二氧化硅气凝胶毡的应用领域
工业领域的保温隔热：
工业管道：电厂、炼油厂、石化工厂、气体处理厂中高压蒸汽管线； 送的石油管线隔热保温；
工业罐体：各种反应釜、储罐、窑炉隔热保温。
油气输
国家发改委推荐的节能减排新材料
2016年气凝胶材料列入国家发改委印发重点节能低碳推广目录 （详见发改委网站）
目录145案例： 日产550吨玻璃窑炉气凝胶保温，投资额310万，每年节能1948吨标煤（约117万），减少碳排放5143吨 目录254案例： 21公里蒸汽管道，投资额1000万，每年节能6500吨标煤（约390万），减少碳排放17000吨
现在电厂管道设备保温存在的问题
传统保温材料存在下面问题：
1、仓储和运输中吸潮和偶然雨淋致使导热系数大幅高于理论值 ，新装时热损偏大； 2、传统材料吸水逐年老化，一般3-5年后，保温失效，热损进一步扩大； 3、传统保温材料难以保证绝热层下的管道腐蚀； 4、传统材料保温层很厚，搭接处容易存在缝隙，较高的膨胀收缩系数导致缝隙成为热 桥，震动后搭接缝隙更明显，造成热桥热损失扩大。