气凝胶由于自身独特的三维纳米多孔结构,使其显示出优越的隔热性能、低介电常数、低导热率、高比表面积等特性,在电子设备、隔热保温、能量储存系统等领域受到了广泛关注。近年来,随着可穿戴式和便携式电子产品市场的快速发展,对各种储能设备提出了更多性能要求,诸如出色的循环寿命、灵活的工作条件、环境友好性和安全性等,气凝胶薄膜材料引起了广泛的关注。
气凝胶薄膜可以由多种不同组分组成,例如无机(SiO2、TiO₂、SiO2/TiO₂等)气凝胶薄膜、有机(聚氨酯、聚酰亚胺、纤维素等)气凝胶薄膜、复合气凝胶薄膜(Si02基、BN基、CNI基气凝胶薄膜等)、生物质及碳气凝胶薄膜。
无机气凝胶薄膜如Si02气凝胶薄膜制备成本低,但由于纳米颗粒之间的链接较弱,气凝胶骨架脆弱,很难构建独立坚固的气凝胶薄膜,一般以涂层的形式涂覆布基体表面。通过将几种有机材料复合或有机-无机或有机-碳复合的方法可以弥补单一组分气凝胶薄膜材料的缺陷,达到优势互补的效果,是气凝胶薄膜材料发展的必然趋势。
在无机体系中,制备硅溶胶一般以水玻璃、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯作为前驱体,通过与溶剂混合发生水解-缩聚反应,形成无色透明胶。有机气凝胶溶胶的制备过程与无机气凝胶制备过程相似,将有机物单体或低聚体溶于溶剂中,经过化学反应生成链状或无序枝状网络结构。对于纤维素体系溶胶的制备,由于纤维素间存在着较强分子间作用力,很难被一般溶剂所溶解,因此需要先将纤维素溶解在某种溶剂里形成稳定透明水溶胶,待溶胶陈化,使各个胶粒之间缓慢聚合,形成三维网络结构。
根据气凝胶薄膜的要求标准不同,所采用的制膜工艺也不同,主要包括浸渍-提拉法、旋涂法、喷涂法、浇铸法等。总的来说,一般以两种形式存在:一种是有衬底的气凝胶涂层,主要将具有一定黏度的溶胶通过浸渍提拉、旋涂、喷射、刮涂、喷墨打印等手段涂覆在基片上,经过于燥处理,形成薄膜结构的气凝胶材料;
另一种是通过剪切、辊压、浇铸等方法直接将气凝胶材料制备成独立的白支撑气凝胶薄膜。
随着气凝胶薄膜制备技术的不断提高,以及自身独特的结构、优越的隔热性能、低介电常数、低导热率、高比表面积等特性,气凝胶薄膜材料有望在小型电子设备、个人穿戴设备、电极材料、个人热管理系统生物医药载体等领域得到更为广泛关注和应用。普天达专注研究生产气凝胶贴合设备10余年,始终贯彻用专业制作设备,用真诚服务客户。
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