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气凝胶材料概述

来源:热象纳米团队 日期:2019/2/12 10:06:29 人气:124

(一)<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>简介

<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>,又称为干凝胶,是化学溶液经反应,先形成溶胶,再凝胶化获得的凝胶,除去凝胶中的溶剂,获得的一种空间网状结构中充满气体,外表呈固体状密度极低的(接近空气密度)多孔材料。

<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>是目前已知最轻的固体材料,也是迄今为止保温性能最好的材料,在众多领域有着广泛而巨大的应用价值,被称为“改变世界的神奇材料”。

(二)<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>分类

<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>因成分不同,主要有二氧化硅<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>、氧化铝<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>、氧化锆<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>和碳<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>等。当前,二氧化硅<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>的绝热性能最为引人注目,技术也最为成熟,国内外<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>的产业化发展大多围绕二氧化硅<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>绝热应用展开。

(三)<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>材料特性及应用

<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>在力学、声学、热学、光学等诸方面显示出独特性质,其中最为突出的是保温隔热性能,由于其具有的独特性能,<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>材料在航空航天、石油化工、电力冶金、船舶车辆、精密仪器、冰箱冷库、服装帐篷、建筑节能等领域的有广阔的应用前景,是传统隔热材料革命性替代产品。伴随着中国经济转型升级,节能降耗政策的持续大力推进,以及中国实施多年的纳米材料战略,<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>材料近年来受到了政府、学术界、企业界和投资界的广泛关注。

图表1 <a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>材料特性及应用

性质类型利用特性应用
热学在所有固体材料中热导率最低,轻质,透明

建筑节能,保温隔热材料,浇铸用磨具等(被称为保温隔热领域的终极材料)

密度超低密度材料(最低可达1kg/m3)ICF以及X光激光靶
孔隙率高孔隙率,高比表面积

催化剂,吸附剂,缓释剂,离子交换剂,传感器等

光学低折射率, 透明

Cherenkov探测器,光波导,低折射率光学材料及其它器件。

声学低声速声耦合器件
电学低介电常数,高介电强度,高比表面积

微电子行业中的介电材料,电极,表面积  超级电容器。

机械弹性,轻质。高能吸收剂,高速粒子捕获剂

 

<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>材料生产工艺

(一)<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>制备工艺

目前,二氧化硅<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>的制备通常包含溶胶-凝胶和干燥两个主要过程,通过溶胶-凝胶工艺获得所需纳米孔洞和相应凝胶骨架。

图表2 <a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>制备工艺过程

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根据工艺不同,<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>干燥主要分为超临界干燥工艺和常压干燥工艺两种,其他尚未实现批量生产技术还有真空冷冻干燥、亚临界干燥等。

超临界干燥技术是最早实现批量制备<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>的技术,也是目前国内外<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>企业采用较多的技术,通过压力和温度控制,使溶剂在干燥过程中达到其本身的临界点。处于超临界状态的溶剂无明显表面张力,从而可以实现凝胶在干燥过程中保持完好骨架结构,在保持原有结构的前提下去除凝胶内的大量液体而制得<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>。

常压干燥一种新型的<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>制备工艺,是当前研究最活跃,发展潜力最大的<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>批产技术。其原理是采用疏水基团对凝胶骨架进行改性,避免凝胶孔洞表面的硅羟基相互结合并提高弹性,同时采用低表面张力液体置换凝胶原来高比表面积的水或乙醇从而可以在常压下直接干燥获得性能优异的<a href="http://www.tenanom.com" target="_blank" title="气凝胶">气凝胶</a>材料。

 

两种干燥技术各有利弊,超临界干燥技术相对成熟,而常压干燥技术更具拓展空间,常压干燥技术应该代表未来发展方向。

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