氣凝膠調(diào)研報(bào)告-文庫(kù)吧
2025-07-20 02:29 本頁(yè)面
【正文】 膠團(tuán)簇仍將繼續(xù)和骨架上的懸掛基團(tuán)反應(yīng)、交聯(lián)，進(jìn)而形成整個(gè)凝膠網(wǎng)絡(luò)。凝膠的干燥[8,12~14]：目前SiO2氣凝膠的干燥方法包括超臨界干燥和常壓干燥兩種方式。1. 超臨界干燥：高于液體的臨界溫度和臨界氣壓的條件下去除濕凝膠中的液體，可以減少毛細(xì)管壓力的影響，避免凝膠發(fā)生收縮和碎裂。然而超臨界干燥反應(yīng)條件苛刻，且具有一定的危險(xiǎn)性。該法可制備獲得整塊的氣凝膠材料。2. 常壓干燥：在常壓下對(duì)濕凝膠進(jìn)行干燥，反應(yīng)過(guò)程耗能小、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低，但是該過(guò)程中的毛細(xì)管效應(yīng)容易造成氣凝膠網(wǎng)絡(luò)的坍塌，因此，該法制備的氣凝膠材料多為粉末狀。目前研究中多采用老化措施，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)骨架，防止干燥時(shí)網(wǎng)絡(luò)骨架的相鄰羥基發(fā)生不可逆縮聚而引起的凝膠網(wǎng)絡(luò)收縮。 SiO2氣凝膠的改性一般情況下，由于SiO2氣凝膠表面存在大量親水性基團(tuán)硅羥基，在空氣中容易吸水，同時(shí)反應(yīng)交聯(lián)形成結(jié)合力較強(qiáng)的硅氧鍵，使得分子鍵活動(dòng)空間狹小，導(dǎo)致氣凝膠的強(qiáng)度和韌性低[15]。這就需要通過(guò)在制備過(guò)程中改進(jìn)制備工藝條件或加入添加劑等方法來(lái)改善SiO2氣凝膠的性能特征。目前主要集中在疏水化改性和摻雜型改性兩方面。表2 SiO2氣凝膠改性方法[11]疏水化改性表面后處理，即將SiO2氣凝膠表面上的羥基活性基團(tuán)進(jìn)行惰性化置換，減少硅氧鍵的數(shù)量，降低交聯(lián)程度原位聚合，在溶膠凝膠體系中加入硅醇鹽，經(jīng)過(guò)溶膠凝膠過(guò)程直接形成疏水性SiO2氣凝膠摻雜型改性向SiO2氣凝膠中摻雜一種多多種摻雜劑，獲得不同功能的SiO2氣凝膠，常用摻雜劑有TiOAl2O炭黑、陶瓷纖維和各種金屬元素等 氣凝膠的應(yīng)用由于氣凝膠具有極低的折射率、熱導(dǎo)率、介電常數(shù)、高比表面積、對(duì)氣體選擇透過(guò)等，因此它在力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)方面都明顯地不同于普通材料，是一種具有許多奇異性質(zhì)和廣泛應(yīng)用的輕質(zhì)納米多孔性材料。其應(yīng)用如表3所示。表3 氣凝膠的應(yīng)用[3, 10, 17]應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用原理應(yīng)用實(shí)例熱學(xué)領(lǐng)域1. 當(dāng)氣凝膠材料中孔隙直徑小于70nm時(shí)，氣孔內(nèi)空氣分子就失去了自由流動(dòng)的能力，材料內(nèi)部處于近似真空狀態(tài)，對(duì)流作用極小2. 材料內(nèi)氣孔為納米氣孔且材料密度極低，使材料內(nèi)部氣孔壁數(shù)趨于“無(wú)窮多”，產(chǎn)生“無(wú)窮多遮熱板”效應(yīng)，輻射傳熱下降到最低極限3. 由于無(wú)窮多納米孔存在，熱流在固體中傳遞只能沿著氣孔壁傳遞，形成“無(wú)窮長(zhǎng)路徑”效應(yīng)，熱傳導(dǎo)能力下降到最低極限建筑節(jié)能領(lǐng)域：外墻保溫板材、氣凝膠玻璃、鋼結(jié)構(gòu)防火工業(yè)領(lǐng)域：熱工設(shè)備、石油輸運(yùn)管道保溫民用領(lǐng)域：太陽(yáng)能熱水器、戶外用品科研領(lǐng)域：熱電池隔熱材料聲學(xué)領(lǐng)域1. 氣凝膠具有低聲速的特性，2. 聲阻抗可變范圍較大聲學(xué)延遲、高溫隔音；聲阻耦合材料，潛艇上的水聲反聲材料光學(xué)領(lǐng)域純凈的SiO2氣凝膠是透明無(wú)色，折射率（~）非常接近空氣，即SiO2氣凝膠對(duì)入射光幾乎沒(méi)有反射損失光增透膜；切倫科夫探測(cè)器中的介質(zhì)材料，用來(lái)探測(cè)高能粒子的質(zhì)量和能量催化領(lǐng)域粒徑小、高比表面積和低密度，使氣凝膠具有催化劑的活性和選擇性，且有效減少副反應(yīng)發(fā)生催化劑、催化劑載體吸附領(lǐng)域高比表面積和孔隙率，空隙與外界相通防毒面具、除臭電學(xué)領(lǐng)域低介電常數(shù)，可通過(guò)改變密度調(diào)節(jié)介電常數(shù)值集成電路電化學(xué)領(lǐng)域炭氣凝膠具有大的比表面積和高電導(dǎo)率、密度范圍廣新型可充電電池、超級(jí)電容儲(chǔ)氫領(lǐng)域高孔隙率、大比表面積儲(chǔ)氫材料體育器械領(lǐng)域改性后的韌性和強(qiáng)度、輕質(zhì)網(wǎng)球拍、登山鞋3. 氣凝膠的市場(chǎng)狀況 氣凝膠的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀目前國(guó)際上關(guān)于氣凝膠材料的研究工作主要集中在德國(guó)的維爾茨堡大學(xué)、勞倫茲利物莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、日本高能物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、BASF公司、美國(guó)阿斯彭氣凝膠技術(shù)有限公司。國(guó)內(nèi)主要集中在同濟(jì)大學(xué)波爾固體物理實(shí)驗(yàn)室、浙江紹興納諾高科股份有限公司、廣東埃力生高新科技有限公司、上海美喬科材料科技有限公司等。
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