氣凝膠的特性與應(yīng)用

一、氣凝膠材料概述

    氣凝膠材料具備的高孔隙率以及納米網(wǎng)絡(luò)骨架相互連接所形成的介孔結(jié)構(gòu)，決定了其具備*的隔熱性能)、有機(jī)炭氣凝膠(如RF、PF、MF、PUR等體氣凝膠經(jīng)熱處理后所得氣凝膠)和碳化物氣凝膠(SiC、TiC、MoC氣凝膠等)三大類，此外還有一些多組分氣凝膠(如多相氣凝膠A12O3/SiO2、TiO2/SiO2、Fe2O3/A12O3、CuO/ZnO/A12O3、MgO/A12O3/SiO2等)。

    氣凝膠材料具備的高孔隙率以及納米網(wǎng)絡(luò)骨架相互連接所形成的介孔結(jié)構(gòu)，決定了其具備*的隔熱性能，有望在高溫催化劑載體、高溫窯爐以及超高聲速飛行器等軍用、民用領(lǐng)域作為隔熱材料使用。

二、氣凝膠神奇但不神秘

1、SiO2氣凝膠

    SiO2氣凝膠是目前研究廣泛的一種隔熱材料,其孔隙率高達(dá)80%~99.8%，孔洞的典型尺寸為1~100nm,比表面積為200~1000m2/g，而密度可低達(dá)3kg/m3,室溫?zé)釋?dǎo)率可低達(dá)12mW/(m·K).

    具有實(shí)用價值的納米孔超級絕熱材料應(yīng)同時兼有良好的隔熱和力學(xué)性能，通常是將SiO2氣凝膠與紅外遮光劑以及增強(qiáng)體進(jìn)行復(fù)合，以提高SiO2氣凝膠的隔熱和力學(xué)性能。常用的紅外遮光劑有碳化硅、TiO2(金紅石型和銳鈦型)、炭黑、六鈦酸鉀等,常用的增強(qiáng)材料有陶瓷纖維、無堿超細(xì)玻璃纖維、多晶莫來石纖維、硅酸鋁纖維、氧化鋯纖維等。

    美國宇航局(NASA)Ames研究中心在SiO2氣凝膠中加入陶瓷纖維作為增強(qiáng)材料，制備了SiO2氣凝膠-陶瓷纖維復(fù)合隔熱瓦，與原隔熱瓦材料相比熱導(dǎo)率大大降低，同時還具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。

2、A12O3氣凝膠

    由于氧化硅體系氣凝膠使用溫度不高，高溫?zé)岱€(wěn)定性差，難以滿足高溫領(lǐng)域的使用要求。因此,耐高溫的氧化鋁氣凝膠就成了研究者關(guān)注的熱點(diǎn)，氧化鋁氣凝膠是由美國的Yoldas制備出來的，具有密度小、熱導(dǎo)率低、比表面積大、孔隙率高、使用溫度高等優(yōu)點(diǎn),其制備工藝與SiO2氣凝膠相似。

    J.F.Poco等以三仲丁基醇鋁為體采用溶膠-凝膠法，通過超臨界干燥技術(shù)成功制備了一種耐高溫、熱穩(wěn)定性好、孔隙率高、無裂縫的塊狀氧化鋁氣凝膠。

    P.R.Aravind和Horiuchi等人在超臨界條件下制得了Al2O3/SiO2二元?dú)饽z，該氣凝膠具有良好的高溫?zé)岱€(wěn)定性,使用溫度可以達(dá)到1200℃以上。