气凝胶高效隔热材料(冯坚等)思维导图
气凝胶ppt课件
➢气凝胶由一位美国化学家于1931年在打赌 时发明出来
➢早期的气凝胶非常易碎和昂贵，所以主要 在实验室里使用。
➢直到90年代前美国宇航局开始对这种物质 感兴趣，并让其发挥更为实际的用途，这 种材料终于走出了实验室。
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最轻的固体
➢美国宇航局科学家研制出的一种气凝胶， 作为世界最轻的固体，正式入选吉尼斯世 界纪录。
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隔音材料
✓ 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。
✓ 硅气凝胶纤细的纳米网络结构有效地限制了局域热激发的 传播，其固态热导率比相应的玻璃态材料低2—3个数量级
✓ 纳米微孔洞抑制了气体分子对热传导的贡献。 ✓ 硅气凝胶的折射率接近l，而且对紫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， 并阻隔其中的紫外光部分，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。 ✓ 通过掺杂的手段，可进一步降低硅气凝胶的辐射热传导， 常温常压下掺碳气凝胶的热导率可低达0．013w／m·K， 是目前热导率最低的固态材料，可望替代聚氨脂泡沫成为 新型冰箱隔热材料。 ✓ 掺人二氧化钛可使硅气凝胶成为新型高温隔热材料， 800K时的热导率仅为0．03w／m·K，作为军品配套新材 料将得到进一步发展。
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军事用途
✓气凝胶作未来的防弹住宅和军用车辆装甲。 ✓在实验室中，一个涂有6毫米气凝胶的金属
二氧化硅气凝胶隔热复合材料的性能及其瞬态传热模拟
Fig
图 1 舱壁升温方式 .1 Temperature rising modes of the
cabin
w all
Fig
周祥发 , 等 :二氧化硅气凝 胶隔热复合材料的性能及其瞬态传热模拟
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结构如图 3 所示 , 由于热处理改善了纤维与硅溶胶的浸润 性 , 纤维中大部分空隙被气凝胶所填充 , 同时陶瓷纤维表面
被气凝胶包裹 , 形成了一个有机的整体 。
式中 , t0 为隔热层内的初始温度 。
· 边界条件
前面假设隔热层表面与舱壁接触处温度相等 , 舱壁温度曲线已知 , 故隔热层外侧温度满足第一类
边界条件 , t ≥0 时 , 关系式可表示为
twf =f(t)
(3)
式中 , twf 为隔热层表面温度 。
隔热层内侧与舱内空气之间存在对流热交换 , 满足第三类边界条件 , 可表示为
图 2 数学 物理模型 .2 Mathematics-phy sical
model
2.2 数学模型的建立
数学物理模型如图 2 所示 , 隔热层与舱壁的接触处为原点 O , 隔热层的厚度为 δ, 用 x 表示厚度方
向坐标 , t 表示加热时间 , T(x , t)表示隔热层内温度 。 隔热层内数学模型的导热微分方程式为[ 18]
采用 JSM -6360LV 扫描电镜观察复合材料的微观形貌 ;用 Hot Disk 导热仪测试二氧化硅气凝胶隔 热复合材料热物性参数 , 仪器型号 :TPS 2500S , 样品尺寸 :(Υ180mm ×20mm), 测量材料在不同温度下的 热导率和比热容 ;实验测试 :热面温度 800 ℃, 隔热层冷面温度随时间的变化 。
氧化铝气凝胶增强改性研究进展
氧化铝气凝胶增强改性研究进展发布时间：2021-09-16T06:33:14.110Z 来源：《科学与技术》2021年14期第5月作者：何雍[]，2,陈维维1，2,丁维华1，2 [导读] Al2O3气凝胶具有良好的耐高温性能，作为高温隔热材料及高温催化剂材料领域具有广阔应用前景何雍[]，2,陈维维1，2,丁维华1，21 贵州航天乌江机电设备有限责任公司贵州省遵义市 5630032 超临界流体技术及装备国家地方联合工程研究中心贵州省遵义市 563003摘要：Al2O3气凝胶具有良好的耐高温性能，作为高温隔热材料及高温催化剂材料领域具有广阔应用前景。
然而，Al2O3气凝胶其较差的力学强度和在高温下隔热失效限制了它的应用。
研究发现通过掺杂无机物、高分子、纤维等增强体能够改善Al2O3气凝胶高温热稳定性能和力学性能。
因此，本文介绍了Al2O3气凝胶的制备方法，以及综述了近年来无机物、高分子、纤维增强Al2O3气凝胶的研究进展，并对结尾对Al2O3气凝胶的未来应用前景做了系统探讨。
关键词：氧化铝；气凝胶；改性引言 SiO2气凝胶使用温度超过650℃后，隔热性能急剧下降，因此开发耐高温隔热气凝胶十分必要。
氧化铝（Al2O3）气凝胶最先由Yoldas 以仲丁醇铝为前驱体，通过超临界干燥技术制备出来，具有低密度、高孔隙率、高比表面积和高效催化性等优异性能，是一种新型耐高温纳米多孔材料（室温下未0.029W/m·K，800℃仅为0.098W/m·K)。
近年来被作为制备耐高温隔热材料的理想材料，并被广泛用于高温隔热、高温催化剂及载体等领域[1]，因而备受关注。
例如再高温催化领域，Al2O3气凝胶作为NO还原反应的催化剂，相对其他催化剂而言具有更好的催化效率提升1000倍，是一种较好的高温催化剂。
1.Al2O3气凝胶的制备根据Al2O3气凝胶前躯体不同，分为有机金属醇盐原料法和无机盐原料法。
有机金属醇盐原料法一般是将有机金属醇盐经过水解形成溶胶，进一步脱水缩聚形成无序、连续凝胶网络骨架结构。
2气凝胶-纤维复合材料热稳定性的研究'- SiO2气凝胶-纤维复合材料热稳定性的研究
2气凝胶/纤维复合材料热稳定性的研究’> SiO2气凝胶/纤维复合材料热稳定性的研究摘要：本文以正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体；乙醇和水为溶剂；采用HCl和NH3·H2O两步催化法；以莫来石纤维为增强材料,在溶胶-凝胶过程后,经过表面改性；采用常压干燥工艺、真空干燥工艺,制备了轻质纳米SiO2气凝胶/莫来石纤维复合材料。
采用STA 449 C型热重分析仪,对复合材料的热稳定性进行了测试,并分析了纤维填入后对复合材料热稳定性的影响。
关键词：热稳定性；绝热复合材料；SiO2气凝胶；莫来石纤维1 引言随着现代科技的发展,很多领域对隔热材料的要求越来越高,传统的隔热材料,如：无机纤维、有机泡沫等已不能满足现代工业的需求。
因此,现代工业隔热材料的新的发展方向气凝胶复合隔热材料应运而生,其主要是由于气凝胶具有高空隙率,而且其孔为纳米尺寸,可以有效地抑制热传导和热对流,是目前最理想的隔热材料[1-4]。
但纯SiO2气凝胶强度低、韧性差,不能作为单独的块体材料用于保温隔热工程[5-6]。
气凝胶/纤维复合材料凭借其自身独特的性能优势,在现代航空、军工、化工、冶金等高新技术领域有着广泛的应用前景[7-8]。
2 实验部分2.1 仪器与试剂本文所采用的试剂为正硅酸乙酯（TEOS）、乙醇、三甲基氯硅烷、正丁醇、正己烷、甲酰胺等均为分析纯试剂；盐酸浓度为 0.1mol/L、氨水浓度为 1mol/L ；水为蒸馏水；纤维为一般工业用莫来石陶瓷纤维。
本文所采用的仪器为JB-2型磁力搅拌器、DZKW-D-1型电热恒温水浴锅、DZF-6020B型曲线控制真空干燥箱、PHS-3型pH酸度计、STA 449 C型热重分析仪等。
2.2 样品制备取一定体积的正硅酸乙酯、甲酰胺、无水乙醇和去离子水混合搅拌；数分钟后用加入分散好的莫来石陶瓷纤维,继续搅拌；数分钟后再调节盐酸pH至酸性条件下某一恰当值,将其放入水浴锅中水浴加热保温半小时左右；待其充分水解后加入一定量的氨水作催化剂,调节pH至恰当值,使其发生凝胶化,加入母液,并老化48h以上；将老化后有一定刚性的醇凝胶/纤维复合材料取出,放入无水乙醇中浸泡1h,倒掉溶液；用正丁醇浸泡2次,放在烘箱里面烘干,每次烘24h,以使醇凝胶中的水全部被正丁醇替代,倒掉溶液；加入不同比例的三甲基氯硅烷的正丁醇溶液,50℃下恒温24h,对湿凝胶进行表面化学改性；用不同浓度的三甲基氯硅烷和正己烷对混合溶液进行表面改性3d左右,改性后将凝胶用正己烷洗涤；最后,在真空干燥箱中干燥数小时,得到气凝胶纤维复合材料。
气凝胶行业专题
气凝胶行业专题一、气凝胶是当前最高效节能隔热材料气凝胶是新一代高效节能隔热材料。
气凝胶是一种具有纳米多孔网络结构、并在孔隙中充满气态分散介质的固体材料，是世界上最轻的固体。
由于独特的结构，气凝胶在热学、声学、光学、电学、力学等多个领域都展示出优异的性能。
目前商业化应用的气凝胶主要围绕其高效的阻热能力展开，下游用于石油化工、热力管网、锂电池、建筑建材、户外服饰、航天、军工等多个领域。
气凝胶的阻热原理是其独立的结构带来的无对流效应、无穷多遮挡板效应、无穷长路径效应。
气凝胶的导热系数在0.012~0.024W/(m·K)，比传统的隔热材料低2~3个数量级，其隔热的原理在于均匀致密的纳米孔及多级分形孔道微结构可以有效阻止空气对流，降低热辐射和热传导：1）无对流效应：气凝胶气孔为纳米级，内部空气失去自由流动能力；2）无穷多遮挡板效应：纳米级气孔，气孔壁无穷多，辐射传热降至最低；3）无穷长路径效应：热传导沿着气孔壁进行，而纳米级气孔壁无限长。
与传统保温材料相比，二氧化硅气凝胶绝热毡的保温性能是传统材料的2-8倍，因此在同等保温效果下气凝胶用量更少。
以管道为例，直径为150mm的管道如果需要达到相同的保温效果，对应使用的保温材料膨胀珍珠岩、硅酸钙、岩棉、气凝胶毡的厚度分别为90mm、76mm、64mm、20mm。
根据中石化塔河炼化的测算，将常压焦化装置从传统保温材料改造成“二氧化硅气凝胶保温毛毡+单面铝箔玻纤布保温材料”组合保温的方式后，热损失降低了34.7%，保温层厚度较传统保温材料降低50%以上。
此外，气凝胶具备较长的使用寿命的优势，其使用寿命约为传统保温材料的4倍左右。
传统保温材料如岩棉、聚氨酯等在长期使用过程中容易吸水，一方面影响保温效果，另一方面在吸水后由于重力作用导致保温材料分布不均匀，尤其是在管道保温的使用场景下，容易造成保温材料在管道下部堆积，最终影响使用寿命。
气凝胶则具有优异的防水效果，其憎水率达99%以上，在长期使用过程中仍能保持稳定的结构和隔热效果。
耐高温气凝胶绝热材料的制备特点和性能
新材料技术new materialtechnology本文对耐高温氧化铝气凝胶绝热材料的制备过程进行分析论述，运用沉积改性、碳涂层和有机链等方式使得氧化铝气凝胶的热稳定性能达到提升，同时在气凝胶中加入纤维、颗粒和晶须等增强相，使其力学性能得到提高，本文还精细地研究了氧化铝气凝胶的微观结构和气凝胶的密度，进一步提升了其隔热性和稳定性。
气凝胶是一种低密度和高孔隙率的材料，由纳米尺度颗粒构成，其气态和固态热传导程度较低，主要是由纳米尺度的孔径造成的。
近年来陶瓷气凝胶由于其自身具备较强的隔热性能和耐高温性能得到了大量的关注，氧化硅气凝胶是当前最先进的气凝胶之一，已经得到了大量的运用，但是在高温环境中其孔结构容易被破坏，在使用时最高温度应当在800摄氏度以下，与氧化硅气凝胶材料相比，氧化铝更具备耐高温性，而且热传导程度较低，在1000℃纳米孔结构依然不会被破坏，是当前最佳的气凝胶材料，在工业窑炉等绝热领域有着广阔的应用前景。
但是在实际的运用中，其耐温性能依然有待进一步提高，而且还应提升其力学性能，只有解决了上述问题，才能大规模投入使用，才能为隔热领域的实际应用和发展做出贡献[1]。
氧化铝气凝胶的内部结构主要由孔隙构成，密度在0.2g/cm3以下，其弹性模量要比致密氧化铝材料要低。
氧化铝属于脆性材料，骨架很容易遭到破坏。
氧化铝气凝胶本身具有较弱的脆性，在使用过程中极容易断裂，给具体的操作带来了不便。
为了提升纯氧化铝气凝胶的力学性能，可以将力学增强相制备引入其中，引入的增强相包括纤维、晶须等坚韧性较强的材料，以提升氧化铝气凝胶复合材料的力学性能，使其更加稳定。
氧化铝气凝胶复合材料的制备是一个相对复杂的过程，需要增强相和氧化铝复合，另外使用不同的增强相,复合方式也有所不同。
其复合过程主要包括以下的几个步骤：颗粒和晶须往往拥有较小的颗粒的尺寸，因此通常用振动、机械搅拌等方法将其融合在氧化铝溶胶中,以方便制作出氧化铝气凝胶复合材料。
氧化铝气凝胶复合材料的制备与隔热性能
图１超临界干燥（ａ）及１０００。Ｃ热处理后（ｂ）氧化铝气凝胶ｓＥＭ图 Ｆｉｇ．１ Ｍｉｃｒｏｅｍａａｔｍ鼍０ｆ ａｌｕｍｉｎａ ８ｅｒｏｇｅｌ ａｆｔｅｒ ｓｕｐｅｒｅｒｉｆｉｅａｌ ｄｒｙｉＩＩｇ（ａ）ａｎｄ １０００＇Ｅ ｈｅａｔ ｔｒｅ，ａｇｎｅｌｌｔ（ｂ） ２．２氧化铝气凝胶复合材料隔热性能分析 为了直观比较某纤维毡与氧化铝溶胶复合前后材料隔热性能的差异，在相同外界环境下，采用热平 板法测试了两种材料在不同热面温度下的隔热性能，结果如图３所示。由图可知，２００。Ｃ氧化铝气凝胶
参考文献：
体所填满，气凝胶先驱体充分包裹增强纤维，纤维与纤维之间被有效地分散，经凝胶、干燥后得到气凝胶
基体包裹纤维骨架的复合结构（如图５（ｂ）所示）。
由于氧化铝气凝胶的引入，使得传热方式由纯纤维毡的纤维一纤维接触传热和纤维一空气一纤维
的气体传热转变为氧化铝气凝胶隔热复合材料的纤维一气凝胶一纤维接触传热（如图６所示）。低导热
平均自由程时（一般为６９ｎｍ），能够有效抑制热传导和热对流，从而降低材料的导热系数ｍ】。图４为氧
化铝气凝胶的孔径分布曲线，可知，氧化铝气凝胶孔结构呈双峰分布且峰形较为尖锐，主要分布在１０一
３５ｎｍ，属于介孔范围，平均孔径为３９ｎｍ，小于空气分子的平均自由程，基本上消除对流传热，使得气体传
热大幅度降低，因此氧化铝气凝胶的引入对于复合材料的隔热性能有显著的改善。
系数气凝胶的引入形成了一个新的传热路径，降低固体传热，利用气凝胶纳米孔径抑制空气对流传热，
气凝胶与纤维的复合减少了纤维一纤维接触传热，导致大部分固体传热通过低热导率的气凝胶传递，同
时气凝胶充分填充纤维间的空洞，有效抑制了自由气体分子的传热，因此气凝胶复合材料具有较好的隔
万方数据
聚酰亚胺气凝胶的制备及其性能研究
聚酰亚胺气凝胶的制备及其性能研究钱晶晶;陈益人;冯坚;冯军宗;姜勇刚【摘要】以3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(BPDA)和4,4’-氨基二苯醚(ODA)为合成单体,1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯(TAB)为交联剂,合成了聚酰亚胺溶胶,最后经CO2超临界干燥得到气凝胶。
研究了溶胶配方对聚酰亚胺气凝胶密度、收缩率、孔结构、拉伸强度及热导率等性质的影响规律,制备得到低密度、小孔径、高比表面积、低热导率和较好柔韧性能的气凝胶。
%Polyimide sol were prepared based onthe ODA,ODPA and crosslinker TAB in NMP,polyimide aero-gels were obtained via supercritical CO2 drying.Study on the effects of sol formula and density,shrinkage,por-ous structure,BET surface area,tensile strength,and thermal conductivities of polyimide aerogels,to prepared low density,small pore diameter,high BET surface area,low thermal conductivity aerogels.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2014(000)020【总页数】5页(P20122-20126)【关键词】聚酰亚胺气凝胶;柔性隔热材料;热导率【作者】钱晶晶;陈益人;冯坚;冯军宗;姜勇刚【作者单位】武汉纺织大学纺织科学与工程学院，武汉 430070; 国防科学技术大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室，长沙 410073;武汉纺织大学纺织科学与工程学院，武汉 430070;国防科学技术大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室，长沙 410073;国防科学技术大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室，长沙 410073;国防科学技术大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室，长沙410073【正文语种】中文【中图分类】TB341 引言气凝胶是由高聚物分子或胶体粒子相互聚结构成纳米多孔网络结构，并在纳米孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态纳米材料［1-3］。