二氧化硅气凝胶综述讲解学习
二氧化硅气凝胶阻燃机理

二氧化硅气凝胶阻燃机理
阻燃材料在减少火灾发生和火灾蔓延方面起着至关重要的作用。
其中,二氧化硅气凝胶作为一种常用的阻燃材料,其阻燃机理备受关注。
本文将从人类视角出发,以生动的叙述方式,描述二氧化硅气凝胶的阻燃机理。
让我们来认识一下二氧化硅气凝胶。
它是由二氧化硅分子组成的一种多孔材料,通常呈现出高度吸附性和低密度的特点。
在火灾中,二氧化硅气凝胶可以发挥出其卓越的阻燃性能。
当火源接触到二氧化硅气凝胶时,首先会发生物理吸附作用。
二氧化硅气凝胶的多孔结构能够吸附住燃烧产物中的气体和液体,同时将其迅速转化为固体相,从而减少了燃烧产物的释放。
二氧化硅气凝胶还能够通过促进燃烧过程中的负氧离子反应来实现阻燃。
当火焰接触到二氧化硅气凝胶时,二氧化硅分子中的负氧离子会与火焰中的燃烧产物发生反应,从而抑制燃烧过程。
这种反应可以迅速降低火焰温度,并减少有害气体的生成。
二氧化硅气凝胶还具有优异的隔热性能。
其多孔结构能够阻断热传导的路径,减少热量的传递速度。
这样,当火焰接触到二氧化硅气凝胶时,火焰温度不会迅速升高,从而延缓了火势的蔓延。
总结起来,二氧化硅气凝胶的阻燃机理主要包括物理吸附作用、负
氧离子反应和隔热性能。
通过这些机制的协同作用,二氧化硅气凝胶能够有效地减少火灾发生和火势蔓延的风险。
通过本文的叙述,我们从人类的视角出发,生动地描述了二氧化硅气凝胶的阻燃机理。
这种表达方式使读者能够更好地理解和感受二氧化硅气凝胶的阻燃性能。
同时,文章的结构合理、段落明晰,使用了丰富多样的词汇,增强了阅读的流畅性和吸引力。
二氧化硅气凝胶的研究现状与应用(综述)

学 年 论 文题目: SiO 2气凝胶的研究现状与应用学 生: 房斯曼学 号: 200902010204院 (系):材料科学与工程学院专 业: 材 料 化 学指导教师: 李 翠 艳2012年 6 月 1 日SiO2气凝胶的研究现状与应用材化092 班###指导老师:李##(陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021)摘要:本文从二氧化硅的研究历史和现状出发,从制备方法、干燥工艺、性能与应用领域等方面综述了二氧化硅气凝胶的研究进展,并对二氧化硅气凝胶的发展前景进行了展望。
关键词:二氧化硅气凝胶,制备,干燥,应用Current Research and Applications of SilicaAbstract: The article reviewed the latest development and the history of the research of silica aerogel, summarized the progress of the silica aerogel research in the aspects of preparation methods, drying technologies, properties and current application. And the article also looks forward to the development prospect of silica aerogel.Keywords: silica aerogel, preparation, drying, application0 前言二氧化硅气凝胶是在保持胶体骨架结构完整的情况下,将胶体内溶剂干燥后的产物,它问世于1931年,美国科学家首先由斯坦福大学的S.S.Kistler制得了二氧化硅气凝胶。
1966年J.B.Peri利用硅酯经一步溶胶—凝胶法制备出氧化硅气凝胶,从而使材料的密度更低,进一步推动了气凝胶研究的进展。
二氧化硅气凝胶隔热材料

二氧化硅气凝胶隔热材料一、隔热原理具体来说,当热能传递到气凝胶中时,由于气凝胶表面的气体分子很容易被热激活,因此能够承载和传输热能。
当热能传递到气凝胶内部时,由于气凝胶的高度开放孔隙结构和大比表面积,使得热能非常难以通过气凝胶传导到另一侧,因此形成了极低的热传导度。
二、特点1.优异的隔热性能:二氧化硅气凝胶的热传导率极低,是传统隔热材料的数十分之一,能够有效减少热传导并实现优异的隔热效果。
2. 轻质:气凝胶的密度通常在0.05-0.6g/cm³之间,比水还轻,因此具有优秀的轻质特点,方便运输和施工。
3.耐高温:气凝胶的使用温度范围广,能够在-200℃至800℃的高温环境下保持稳定性能。
4.灭火性能好:气凝胶不燃烧,不会产生毒气,具有优秀的阻燃性能。
5.耐老化:气凝胶具有良好的耐候性和耐光性,长期使用不会出现老化和褪色现象。
6.环保健康:气凝胶不含有害物质,符合环保标准,对人体无害。
三、应用1.建筑领域:气凝胶在建筑隔热材料中得到广泛应用,能够有效减少建筑物的能耗,提高建筑的节能性能。
2.航空航天领域:气凝胶因其优异的隔热性能和轻质特点,被应用于航空航天领域,用于隔热保护航天器和飞行器。
3.汽车领域:气凝胶用于汽车隔热材料能够有效减少车内温度,提高车辆空调的效率,提升驾驶舒适度。
4.工业领域:气凝胶在工业设备和管道的隔热保护中也有广泛应用,可减少能量消耗和热损失。
综上所述,二氧化硅气凝胶作为一种新型的隔热材料,具有优异的隔热性能和轻质特点,广泛应用于建筑、航空航天、汽车等领域,为各行业节能减排和提升产品性能提供了有力支持。
随着技术的不断发展和完善,气凝胶的应用前景将更加广阔。
二氧化硅气凝胶耐热温度

二氧化硅气凝胶耐热温度1. 介绍二氧化硅气凝胶是一种非常轻盈、多孔且具有高比表面积的材料。
由于其独特的性质,它在许多领域都得到了广泛的应用,如热隔离、噪音控制、催化剂载体等。
其中,耐热温度是一个重要的性能指标,决定了二氧化硅气凝胶在高温环境下的稳定性和应用范围。
2. 二氧化硅气凝胶的制备二氧化硅气凝胶的制备通常使用溶胶-凝胶法。
该方法包括溶胶的制备、凝胶的形成和干燥三个步骤。
首先,制备溶胶。
溶胶是由硅源(如硅酸钠、硅酸乙酯等)和溶剂混合而成的胶体溶液。
在溶胶的制备过程中,可以通过调整硅源和溶剂的比例,以及添加适当的表面活性剂来控制溶胶的粒径和分散性。
其次,形成凝胶。
通过加入适量的酸或碱,可以引发溶胶中硅源的缩聚反应,形成凝胶。
凝胶的形成过程涉及到聚合、交联和凝胶化等多个步骤。
在这个过程中,可以通过调整酸碱的浓度和温度来控制凝胶的结构和孔隙性质。
最后,干燥凝胶。
凝胶在干燥过程中会失去溶剂,并形成固体的二氧化硅气凝胶。
干燥的方法通常包括自然干燥、常压干燥、超临界干燥等。
其中,超临界干燥是一种常用的方法,可以在保持凝胶结构的同时,快速去除溶剂。
3. 二氧化硅气凝胶的耐热性能二氧化硅气凝胶具有优异的耐热性能,主要得益于其特殊的结构和化学性质。
首先,二氧化硅气凝胶的多孔结构使其具有较低的热传导性能。
二氧化硅气凝胶的孔隙结构可以阻碍热传导的路径,减少热量的传递。
因此,在高温环境下,二氧化硅气凝胶可以有效地隔离热量,减少热损失。
其次,二氧化硅气凝胶的化学性质使其能够耐受高温。
二氧化硅气凝胶的主要成分是二氧化硅,其化学稳定性较高。
在高温环境下,二氧化硅不易发生化学反应,保持了凝胶的稳定性。
此外,二氧化硅还具有较高的熔点和热稳定性,能够在一定温度范围内保持其结构完整性。
4. 二氧化硅气凝胶的耐热温度测试为了评估二氧化硅气凝胶的耐热温度,常用的测试方法是热失重分析。
该方法通过加热样品,在一定的温度范围内测量样品的质量变化,从而确定样品的热分解温度。
SiO2气凝胶合成方法综述6

SiO2气凝胶合成方法综述6SiO2气凝胶合成方法综述6气凝胶是一种具有高度多孔结构和巨大比表面积的材料,因此在吸附、储能、催化等领域有广泛的应用前景。
其中,SiO2气凝胶是一种制备简便、成本低廉且具有良好的稳定性的气凝胶材料。
本文将综述SiO2气凝胶的六种主要合成方法,并对其相应的特点和应用进行介绍。
第一种合成方法是常见的溶胶-凝胶法。
这种方法是将硅酸根离子(SiO4)与铝酸根离子(AlO4)等溶解在水溶液中,通过逐渐脱水和胶凝过程生成三维网络结构的凝胶。
这种方法简单易行,适用于大规模合成,因此被广泛应用于各个领域。
例如,溶胶-凝胶法可用于制备高效吸附剂和催化剂等。
第二种合成方法是溶胶凝胶法的改进。
与传统溶胶-凝胶法不同,改进的溶胶-凝胶法是通过添加表面活性剂来控制气凝胶的孔径和比表面积。
这种方法展现了更好的控制性能,可以获得具有特定孔径和比表面积的气凝胶,对于吸附和催化等特定应用具有重要意义。
第三种合成方法是超临界溶剂干燥法。
该方法是将溶胶置于超临界条件下,通过溶胶与超临界溶剂的相互作用,使溶胶内的溶质从液相转变为气相,从而形成固态气凝胶。
超临界溶剂干燥法具有优异的控制性能,能够在较短的时间内获得高比表面积的气凝胶。
第四种合成方法是机械合成法。
机械合成法利用机械能和电化学催化剂的作用,通过重复环化和充气脱氧的过程合成气凝胶。
这种方法操作简单,能够获得具有特定孔径和结构的气凝胶。
第五种合成方法是正交法。
正交法是一种通过温度变化和聚合物分子大小去控制气凝胶孔径和比表面积的方法。
由于正交法控制因素较多,因此制备过程较为复杂,但是获得的气凝胶具有更好的控制性能。
第六种合成方法是模板合成法。
模板合成法即通过选择性吸附剂或模板分子的作用,在合成过程中形成孔道结构和有序排列的气凝胶。
这种方法能够精确控制孔道大小和排列方式,因此对于储能、催化、分离等领域有重要应用价值。
综上所述,SiO2气凝胶具有广泛的应用前景,并且具有多种合成方法可供选择。
二氧化硅气凝胶隔热材料

二氧化硅气凝胶隔热材料二氧化硅气凝胶隔热材料是一种具有优异隔热性能的材料,被广泛应用于建筑、航空航天、电子等领域。
本文将介绍二氧化硅气凝胶隔热材料的原理、特点、应用以及未来发展趋势。
一、原理二氧化硅气凝胶是一种由二氧化硅微粒组成的多孔材料,其孔隙结构可以降低热传导并阻止气体对流。
这是因为二氧化硅气凝胶的孔隙尺寸远小于空气分子的自由程,使得热传导主要通过固体相进行,从而实现了优异的隔热效果。
二、特点1. 低导热性:二氧化硅气凝胶具有极低的导热系数,通常在0.01-0.03 W/(m·K)之间,是传统隔热材料如岩棉、泡沫塑料的几十分之一。
2. 高孔隙率:二氧化硅气凝胶具有高达90%以上的孔隙率,孔隙结构细小均匀,孔径分布范围广,从纳米到亚微米级别,这使得其具有较大的内表面积和多孔结构优势。
3. 轻质化:由于其多孔结构,二氧化硅气凝胶的密度较低,通常在0.1-0.3 g/cm³之间,是传统隔热材料的几分之一,能够有效减轻建筑物自重负荷。
4. 耐火性:二氧化硅气凝胶具有优良的耐火性能,可以耐受高温达1200℃以上,不燃不熔,有效保护建筑物在火灾中的安全。
三、应用1. 建筑领域:二氧化硅气凝胶广泛应用于建筑保温隔热领域,可用于外墙保温、屋顶保温、地面保温等。
其优异的隔热性能可以有效提高建筑物的能效,减少能源消耗。
2. 航空航天领域:由于二氧化硅气凝胶具有轻质化和耐火性的特点,被广泛应用于航空航天领域,如火箭隔热材料、航天器热保护层等,保证了航天器在极端环境下的安全。
3. 电子领域:二氧化硅气凝胶的绝缘性能优异,可以应用于电子产品的隔热保护,如手机、电脑等电子设备中的隔热材料,确保电子元器件的稳定运行。
四、未来发展趋势1. 提高导热性能:目前,二氧化硅气凝胶的导热系数已经相对较低,但仍有进一步提高的空间。
未来的研究重点将放在提高材料的导热性能,以满足更高要求的隔热应用。
2. 开发新型材料:除了二氧化硅气凝胶,还有其他气凝胶材料,如氧化锆气凝胶、氧化铝气凝胶等,未来可以进一步研发和应用这些材料,以满足不同领域的需求。
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。
sio2气凝胶

sio2气凝胶SIO2气凝胶引言:SIO2气凝胶是一种具有广泛应用前景的材料,其独特的性质和多样的制备方法使其在许多领域发挥重要作用。
本文将介绍SIO2气凝胶的制备方法、物理性质、应用领域以及未来的发展趋势。
一、制备方法1. 溶胶-凝胶法:将硅酸酯或硅酸盐与溶剂混合,形成溶胶,通过水解和凝胶化反应制备气凝胶。
2. 超临界干燥法:利用超临界流体的特性,将溶胶中的溶剂去除,使溶胶转化为凝胶。
3. 气相法:通过化学反应或物理方法将气态前体转化为凝胶,然后通过热解或热处理得到气凝胶。
二、物理性质1. 低密度:SIO2气凝胶具有极低的密度,通常在0.1-0.3 g/cm3之间,是目前已知最轻的固体材料。
2. 高比表面积:由于其多孔的结构,SIO2气凝胶具有巨大的比表面积,通常在500-1000 m2/g之间。
3. 优良的隔热性能:由于其低导热系数和多孔的结构,SIO2气凝胶具有优异的隔热性能,广泛应用于建筑和节能领域。
4. 超低折射率:SIO2气凝胶具有极低的折射率,能够减少光的反射和折射,提高光学器件的效率。
三、应用领域1. 热隔离材料:由于其优异的隔热性能,SIO2气凝胶被广泛应用于建筑、汽车、航空航天等领域,用于热隔离和节能。
2. 声学材料:SIO2气凝胶具有良好的声学吸音性能,可用于制备吸音材料,降低噪音污染。
3. 催化剂载体:由于其大的比表面积和孔隙结构,SIO2气凝胶作为催化剂的载体具有更高的催化活性和选择性。
4. 环境污染治理:SIO2气凝胶可以吸附和固定有机物和重金属离子,被广泛应用于水处理和空气净化领域。
5. 生物医学应用:SIO2气凝胶具有良好的生物相容性和药物缓释性能,可用于制备药物载体和组织工程支架等。
四、未来发展趋势1. 纳米复合气凝胶的制备:将纳米材料与气凝胶结合,制备具有多功能性能的复合材料。
2. 纳米孔调控:通过精确控制气凝胶的孔结构和孔径,实现对气凝胶性能的调控和优化。
3. 生物医学领域的应用拓展:开发更多具有生物活性的气凝胶,用于药物缓释、组织工程和生物传感等领域。
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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 Teichne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。
不久之后,Rick Pekala(LLNL) 制备了有机气凝胶,包括间苯二酚-甲醛气凝胶、三聚氰胺-甲醛气凝胶。
间苯二酚-甲醛气凝胶能够被热解得到纯碳气凝胶,该方法开创了气凝胶研究的新领域。
进入九十年代以后,对于气凝胶领域的研究更为深入。
据不完全统计,近年来在各类杂志上有关气凝胶的文章以达三千多篇。
美国的凝胶Science 杂志把气列为十大热门科学之一。
我国同济大学波耳固体物理研究所于90 年代初在国内率先开展了气凝胶的研究工作,积累了较为丰富的经验。
此外,中科院物理与化学所、清华大学、山西煤化所、南京大学、中国科学技术大学、国防科技大学、北京化工大学、武汉大学、大连理工大学等也于近期开展了气凝胶方面的研究工作。
总的来说,由于气凝胶昂贵的制备成本、材料本身难以克服的低强度、高脆性等缺点成为制约其广泛应用的瓶颈,因此也成为今后各国科学家共同努力突破的关键。
二、气凝胶的性质1. 隔热性SiO2气凝胶材料具有极低的导热系数,可达到0.013- 0.016W/(m • K),低于静态空气(0.024W/(m • K))的热导系数,比相应的无机绝缘材料低2-3个数量级。
即使在800E的高温下其导热系数才为0.043W/(m・K)。
高温下不分解,无有害气体放出,属于绿色环保型材料。
SiO2硅气凝胶与各种耐热纤维复合后,可制成各种形式的保温材料。
可广泛用于工业、建筑、管道、汽车、航天等领域。
2. 隔音性由于硅气凝胶的低声速特性,它还是一种理想的声学延迟或高温隔音材料。
该材料的声阻抗可变范围较大(103-107 kg/m2• s),是一种较理想的超声探测器的声阻耦合材料。
初步实验结果表明,密度在300 kg/m3左右的硅气凝胶作为耦合材料,能使声强提高30 dB,如果采用具有密度梯度的硅气凝胶,可望得到更高的声强增益。
3. 非线性光学性质由于硅气凝胶的纳米网络内形成量子点结构,化学气相渗透法掺Si 及溶液法掺C60 的结果表明,掺杂剂是以纳米晶粒的形式存在,并观察到很强的可见光发射,为多孔硅的量子限制效应发光提供了有力证据。
利用硅气凝胶的结构以及C60 的非线性光学效应,可进一步研制新型激光防护镜。
4. 过滤与催化性质纳米结构的气凝胶还可作为新型气体过滤,与其它材料不同的是该材料孔洞大小分布均匀,气孔率高,是一种高效气体过滤材料。
由于该材料特别大的比表而积。
气凝胶在作为新型催化剂或催化剂的载体方而亦有广阔的应用前景。
5. 折射率可调性硅气凝胶的折射率接近I,而且对红外和可见光的湮灭系数之比达100以上,能有效地透过太阳光中的可见光部分,并阻隔其中的红外光部分,成为一种理想的透明隔热材料,在太阳能利用和建筑物节能方面已经得到应用。
三、气凝胶的用途(1)工业领域在石油、化工和冶金行业中,管道、炉窑及其它热工设备普遍存在,用SiO2气凝胶及其复合材料替代传统的保温材料对它们进行保温,可以大大减少热能损失,提高热能利用率。
还可以用作液态天然气罐和储油罐等以及汽车、飞机等发动机和排气管的隔热材料。
(2)民用领域用热导率极低的掺杂SiO2气凝胶可用作为冰箱的隔热材料,还可以用于楼房建筑的保温、隔音材料等。
常用建筑保温材料多为聚苯乙烯、聚氨酯等咼分子发泡材料,材料尺寸较厚,给施工以及后期稳定性带来许多问题,而且高分子保温材料易燃,容易引起火灾。
SiO2气凝胶能耐高温,一般在800C下,结构、性能无明显变化,是一种安全、节能、环保的超级绝热材料。
气凝胶也正走进我们的日常生活。
运动器材公司邓禄普(Dunlop)已经研制出一系列用气凝胶加固的壁球和网球球拍,据说这种球拍能释放更大的力量。
登山者也开始从气凝胶中受益。
2000年,英国登山者安妮•帕曼特尔穿上带气凝胶鞋垫的靴子爬上珠穆朗玛峰,就连睡袋也加有这种材料。
她说:“我唯一的问题就是我的脚太热,这对一名登山者来说是一个大难题。
”(3)太阳能集热器具有高度透光率及低热导率的气凝胶对入射光几乎没有反射损失,能有效的透过太阳光,气凝胶又能有效阻止热量流失。
因此气凝胶特别适合于用作太阳能集热器及其它集热装置的保温隔热材料。
将气凝胶绝热材料应用于热水器的储水箱、管道和集热器,将比现有太阳能热水器的集热效率提高1倍以上,而热损失下降到现有水平的30%以下。
(3)航空航天领域气凝胶超级绝热材料质量、隔热效果优异,在航空、航天应用领域具有很好的应用前景。
美国NASA Ames研究中心研发的硅酸铝耐火纤维/SiO2气凝胶复合绝热瓦已用于航天飞机,俄罗斯的“和平号”空间站也采用了SiO2气凝胶作为隔热保温材料。
气凝胶正用来为人类首次登陆火星时所穿的太空服研制一种保温隔热衬里。
Aspen Aerogel公司的一位资深科学家马克•克拉耶夫斯基认为,一层18 毫米的气凝胶将足以保护宇航员抵御零下130 度的低温。
他说:“它是我们所见过的最棒的绝热材料。
气凝胶还被用于收集彗星微粒。
它就像一个极其柔软的棒球手套,可以轻轻地消减彗星星尘的速度,使它在滑行一段相当于自身长度200 倍的距离后慢慢停下来。
在进入“气凝胶手套”后,星尘会留下一段胡萝卜状的轨迹,由于气凝胶几乎是透明的,科学家可以按照轨迹轻松地找到这些微粒。
(4)军工防弹是新型气凝胶的另一个重要用途。
美国宇航局的这家公司正在对用气凝胶建造的住所和军车进行测试。
根据试验室的试验情况来看,如果在金属片上加一层厚约 6 毫米的气凝胶,那么,就算被炸药直接炸中,金属片也分毫无伤。
(5)过滤和催化中的应用在环境保护及化学工业方面,纳米结构的气凝胶还可作为新型气体过滤,与其它材料不同的是该材料孔洞大小分布均匀,气孔率高,是一种高效气体过滤材料。
气凝胶还可以用作吸附材料,例如吸附CO气体,吸附苯等化学有毒气体,吸附炸药废水等。
由于该材料特别大的比表而积。
气凝胶在作为新型催化剂或催化剂的载体方而亦有广阔的应用前景。
(6)在其它方面的应用SiO2气凝胶具有极高的比表面积和孔隙率,近年来被广泛应用于Cerenkov探测器中,以探测高能带电粒子。
SiO2气凝胶也曾一度被用于等离子体研究中作为惯性限制熔融试验体目标组分。
由轻原子量元素组成的低密度、微孔分布均匀的SiO2气凝胶对氖具有良好的吸附性能,因而为惯性约束聚变实验研制高增益靶提供了一个新途径,这对于利用受控热核聚变反应来获得廉价、清洁的能源具有重要意义。
五、研究机构和生产企业研究机构目前国际上关于气凝胶材料的研究工作主要集中在德国的维尔茨堡大学、BASF公司、美国的劳伦兹•利物莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室,法国的蒙彼利埃材料研究中心,日本高能物理国家实验室,美国阿斯潘公司,美国宇航局等。
国内主要集中在在同济大学波尔固体物理实验室、国防科技大学、绍兴纳诺高科、英德埃力生、山东科技大学、北京科技大学等。
六、市场需求与展望SiO2气凝胶具有独特的介孔结构和性能,应用领域广泛。
因其具有优异的绝热性能,可作为超级保温材料,用于各种领域。
2008年,全球保温隔热材料需求100亿平米,2011年达到202亿平米。
预计2014年需求将达到230亿平米。
中国保温材料需求占全球份额的约29%其中外墙保温材料需求较大,“十二五”期间,仅新增建筑所需墙体保温材料达到2400万平方米,可创造产值约为200亿元。
总体而言,由于SiO2气凝胶制备原料昂贵、超临界干燥工艺复杂,特别是制备高品质气凝胶的技术难度大,阻碍了该的产品的工业化推广。
随着对气凝胶的不断深入研究和产业化推广,气凝胶将会在各个领域得到迅速的发展。