气凝胶简介

气凝胶是一种高分散固态三维纳米材料，是目前已知热导率最低的固体材料。因轻若薄雾蓝色泛蓝，又被称为“蓝烟”在热学、光学、电学、力学、声学等领域显示许多奇特的性能，被誉为“改变世界的神奇材料” 微观结构呈现出“蜂窝状”的多孔形貌。

纳米级别孔空50nm范围内；三维纳米骨架颗粒(2-5nm)；孔隙率可高达99.8%；加之其比表面积可高达1000m2·g-1等独特的结构特点决定其具有极低的导热率。列入20世纪90年代以来10大热门科学技术之一，是具有巨大应用价值的军民两用技术。

1.隔热原理

• 零对流效应

理论研究表明，当气凝胶中的气孔尺寸小于70nm时，由于空气和纳米纤细骨架之间的相互作用，空气分子失去了自由流动的能力，而是相对的附着在纳米纤细骨架上，导致气凝胶的热对流能力极低。

• 纳米纤细骨架阻热效应

热传导主要沿着构成气凝胶的三维网络结构的纳米纤细骨架进行，由于骨架纤细(~1nm)，再者进一步延长了传热路径，导致气凝胶的热传导能力接近最低极限。

• 多壁阻隔效应
  

热辐射波在气凝胶中会受到纳米纤细骨架和气孔之间界面的不断散射，由于气凝胶内的气孔为纳米孔，且孔隙率极高，相当于增加了无数的散射中心，限制了辐射自由程，导致气凝胶的热辐射能力接近最低极限。

2.五大特性

• 超低导热系数

隔热性能是传统隔热材料的2-5倍，高温下优势更明显。

• 超强疏水

具有极强的疏水性，因此可以避免材料因进水而沉降的问题，长期使用也无需更换。

憎水率≥99.5%

体积吸湿率≤0.5%

质量吸湿率≤0.5%

吸水率（全浸）≤5%

• 超强防火
  

属于无机材料，本身不具备可燃物质，因此具有优良耐火性和耐烟性，达到燃烧性能A1级。耐热区间在-200~1000℃。

• 质轻、用量少、施工便捷

质轻：孔隙率95%-98%，密度低

用量少：保温厚度是传统材料的1/2至1/5

施工便捷：卷状，易裁剪，易安装

• 使用寿命长、环保无毒

主要成分为无机材料，可长期耐受大部分酸碱环境。等效性实验结果：650℃下长期使用15年后收缩<1%，且无熔融烧结、粉化现象。阿仑尼乌斯研究方法测试热老化（650°C，3H）表明，气凝胶的使用寿命可达15年以上。F/CL含量低于JC/T 618-2005标准。

3.工艺流程

根据工艺不同，气凝胶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、传导干燥、蒸发干燥等。

超临界干燥技术是最早实现批量制备气凝胶的技术，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气凝胶。

素材来源航天乌江

链接：http://www.htwjjd.com/#/exhibition/aerogels

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