气凝胶材料的不同形态与制品

气凝胶材料本身具有强度低、脆性高的缺点，为了克服这一缺点，需要对气凝胶材料进行改性，这是目前最重要的工艺，通过改性可赋予气凝胶材料不同性能。目前气凝胶材料改性最常用的方法就是掺杂，即加入掺杂剂或者增强/增韧材料，制备复合气凝胶材料。

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复合气凝胶材料的制备方法通常有两种：一种是在凝胶过程前加入掺杂材料；另一种是先制备气凝胶颗粒或者粉末，再加入掺杂材料和黏结剂，经模压或注塑成型制成二次成型的复合体。常用的掺杂材料有玻璃纤维、莫来石纤维、岩棉、硅酸铝纤维等。掺杂材料种类的选择主要依气凝胶复合材料的应用目的而定。气凝胶可与玻璃纤维、陶瓷纤维或者碳纤维进行复合，提高体系的结合力，使表面不易脆裂粉化。

在气凝胶基体材料表面与更高强度与韧性的材料进行复合，可提高整个材料体系的强度，拓宽更多的应用领域。纯纤维毡虽然有隔热效果，但是表面纤维容易断裂粉化，造成浮纤或粉末污染，不适合长时间在高温、压缩和振动条件下使用。为解决该问题，市场上出现了一种新的气凝胶材料复合办法。在气凝胶复合层的外部覆盖一层更高强度、高韧性的材料如膨体聚四氟乙烯和阻燃 PET纤维的复合层，这类材料能够应用在汽车隔热等特殊领域。

气凝胶材料也可用作涂覆材料，在基体表面添加隔热保护。将气凝胶颗粒以及粘合剂、阻燃剂、发泡剂进行混合制备出气凝胶粘合剂组合物，并在气凝胶涂料表面再涂覆热反射层面，可大幅提升原材料的耐热性能。

气凝胶材料也可与阻燃剂协同使用，获得更好的阻燃性的同时也能够提高材料的强度和韧性。有一种Sb2O3-SiO2复合气凝胶无机阻燃剂，具有较大的比表面积，其与塑料，橡胶等高分子聚合物基体产生了牢固的界面粘合力，提高了复合气凝胶阻燃剂在聚合物熔体中的分散性、流动性，提高了阻燃效果，减少了因添加无机类阻燃剂给聚合物基体造成的力学性能的损失。

气凝胶材料也可与纺织纤维如无纺布、聚酯短纤、尼龙等制作成衣服面料，该面料可用于羽绒服、棉袄、户外用品、防火服、宇航服及特种作业服等领域。该材料拥有良好的保温性、隔热性、耐磨性、防水性、防风型，导热系数低于0.05W/(m·K)， 比羽绒羊毛导热系数还低。

常见的气凝胶产品形态主要有保温气凝胶毡、板、布、纸、颗粒、粉末和异形件等：

（1）气凝胶毡是指使用纤维增强法以改善气凝胶脆性、增强力学性能制备而成的气凝胶复合材料。其原理是将纤维作为支撑骨架，支撑具有纳米孔结构的气凝胶，使制得的复合材料更适用于多领域的应用。

使用纤维增强制备气凝胶毡可以加强气凝胶的力学性能

制备气凝胶毡最简单的方法是将短纤维（后来发展到预制纤维毡）在凝胶之前加入到溶胶中，使得两者能够充分结合以生成复合材料。

制备使用的纤维分两大类：一类是有机纤维（聚丙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维等）；另一类是无机纤维（硅酸铝纤维、陶瓷微纤维和玻璃纤维等）。各种研究表明使用纤维增强制备气凝胶复合材料可以加强气凝胶的力学性能，使二氧化硅气凝胶的实用性进一步增强。

气凝胶毡

（2）气凝胶布、纸和异形件主要用于一些特殊需要领域。如气凝胶布主要是服装鞋帽领域，气凝胶纸（薄毡）主要是热电池和一些空间极小或管径极细或希望缠绕施工的领域，气凝胶异形件基本上都是军工应用。

（3）气凝胶板：其实毡与板一个主要区别仅仅是硬度的不同，毡有柔韧性可卷曲，板有一定的刚度，不易弯曲。板的主要应用是大型设备保温以及未来的建筑节能内外墙的保温。

气凝胶板

（4）气凝胶颗粒：目前主要应用是利用气凝胶透明性，填充在PC板或者中空玻璃中做采光隔热板。

气凝胶颗粒

（5）气凝胶涂料：传统保温材料里涂料是非常重要的一类产品，在很多领域发挥着不可替代的重要作用，气凝胶涂料相比传统的涂料具有更低的导热系数，具有良好的保温隔热效果。

气凝胶涂料

常见的气凝胶制成品及其功能如下：

（1）气凝胶隔热垫：主要应用于电芯间、模组间，以气凝胶钻作为防火隔热芯材，用薄膜或涂层封装，兼具缓冲功能的复合产品。可装配于电芯间及模组间，有效阻隔热扩散。

（2）膨胀型防火涂料：主要应用于铝制PACK等，双组份无溶剂型环氧防火涂料，涂刷于异型基材表面，遇火时涂层发泡膨胀并碳化形成隔热耐火层，可应用于铝制PACK 等部位提高其耐火性能。

（3）气凝胶防火毯：主要应用于模组PACK、车身底板部位，以气凝胶毡作为防火隔热层，使用玻纤布等贴面复合，可大面积使用的防火隔热产品。产品可用于模组 PACK 及车身底板部位，延缓电池火焰蔓延，保护人员安全。

（4）防火绝缘复合带：主要应用于模组外侧，以陶瓷化硅橡胶与玻纤布复合而成的耐高温防火绝缘材料，可应用于模组外侧，解决电池组高温下绝缘失效问题。

（5）气凝胶泡棉：主要应用于车载电子、电池组等，以气凝胶与有机材料复合而成的弹性泡棉材料，产品隔热性能突出、轻薄有弹性，可应用于消费电子、车载电子、电池组等部位进行隔热或保温。

来源：热象纳米、开源证券

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