氣凝膠的特性與應用

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絡骨架相互連接所形成的介孔結構，決定了其具備*的隔熱性能)、有機炭氣凝膠(如RF、PF、MF、PUR等體氣凝膠經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絡骨架相互連接所形成的介孔結構，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3kg/m3,室溫熱導率可低達12mW/(m·K).

    具有實用價值的納米孔超級絕熱材料應同時兼有良好的隔熱和力學性能，通常是將SiO2氣凝膠與紅外遮光劑以及增強體進行復合，以提高SiO2氣凝膠的隔熱和力學性能。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,常用的增強材料有陶瓷纖維、無堿超細玻璃纖維、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材料，制備了SiO2氣凝膠-陶瓷纖維復合隔熱瓦，與原隔熱瓦材料相比熱導率大大降低，同時還具有一定的機械強度。

2、A12O3氣凝膠

    由于氧化硅體系氣凝膠使用溫度不高，高溫熱穩定性差，難以滿足高溫領域的使用要求。因此,耐高溫的氧化鋁氣凝膠就成了研究者關注的熱點，氧化鋁氣凝膠是由美國的Yoldas制備出來的，具有密度小、熱導率低、比表面積大、孔隙率高、使用溫度高等優點,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成功制備了一種耐高溫、熱穩定性好、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/SiO2二元氣凝膠，該氣凝膠具有良好的高溫熱穩定性,使用溫度可以達到1200℃以上。