超材料-气凝胶

1、超材料气凝胶小组成员：徐微 刘珅 徐敏 屠吉人 一般认为超材料是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。超材料六类超材料：1、自我修复材料、自我修复材料仿生塑料仿生塑料 2、热电材料、热电材料 3、钙钛矿、钙钛矿 4、气凝胶、气凝胶 5、Stanene导电率导电率100%的材料的材料 6、光操纵材料、光操纵材料一、气凝胶：世界上最轻的气体一、气凝胶：世界上最轻的气体 英文aerogel，又称为干凝胶。当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。 被称为冷烟、固体烟、固体空气或者蓝烟

2、的气凝胶是目前已知固体物质中最轻并且性能最好的隔热材料，其体积的90%以上都是极微小的纳米孔洞，其余部分由三维纳米网状孔壁构成。1、技术参数体积密度40150kg/m3 粒径范围0.55mm 比表面积500650m2/g 孔隙率 90% 孔径 20100nm 憎水性 憎水和亲水两类 主要优点 无可比拟的隔热效果 出色的光线分散性 良好的物理稳定性 可改善声学性能 高孔隙率，高比表面积 纳米级孔隙，极低的密度 应用领域 极低的热导率制作高性能纳米隔热材料 独特的纳米结构制作新型气体过滤材料 高比表面积制作超级储能材料或催化剂载体 声阻抗可变范围较大可用于制作超声探测器的声阻耦合材料2、气凝胶绝热

3、粉体 该系列产品以纳米二氧化硅气凝胶为主体材料，通过独有的特殊工艺复合而成。具有耐高温、导热系数低、密度小、强度高、绿色环保、防水不燃等优越性能，同时兼具优越的隔声减震性能，是冶金、化工、国防、航空航天等领域不可或缺的高效隔热保温材料。 型号 QF SF 比表面积(m2/g) 600 600 密度(kg/m3) 40-200 40-200 气孔率(%) 90-98 90-98 孔径(nm) 25-45 25-45 孔容积(cm2/g) 3.0-3.6 3.0-3.6 亲水性 亲水 疏水 使用范围 保温绝热、空气净化、水处理等功能结构夹层、填充层、复合层，或与其他材料复合、粘结使用。 主要性能指

4、标 3、气凝胶绝热颗粒 该系列产品密度低，比表面大，孔隙率高，透光度好，外观为淡蓝色透明颗粒状，具有导热系数低、隔热保温性能好、吸附性能强、绿色环保、无毒、阻燃、无腐蚀、防水等优越性能，不含任何对人体有害的物质，可广泛应用于采光保温设备结构夹层、填充层、复合层等领域。4、绝热采光板 该系列产品以半透明纳米二氧化硅气凝胶颗粒、薄膜或板材为主体夹层材料，与优质玻璃钢材料复合制成。具有透光、隔热、绿色环保、防水不燃等优越性能，应用领域广，施工方便，为大型剧院、展览中心、会议中心、特殊试验中心、高级宾馆、别墅、太阳能集热器等提供透明隔热的高级绝热保温产品。 主要特点 1. 有较高的透光度，可有效利用太

5、阳光，节省照明用电； 2. 导热系数低、隔热性能优良； 3. 绿色环保、无毒、阻燃、无腐蚀； 4. 抗压、抗震性能良好； 5. 安全、轻质、易施工、美观。 气凝胶看上去像凝固的烟，但它的成分与玻璃相似。由于它的密度极小，用于航空航天方面非常合适。美宇航局喷气推进实验室，该实验室琼斯博士研制出的新型气凝胶，主要由纯二氧化硅等组成。二氧化硅气凝胶是一种合成的无定形硅胶，与结晶硅胶显著不同。硅胶分子由一个硅原子和两个氧原子构成。如下图所示，硅胶有两种基本形式：无定形硅胶和结晶硅胶。如果硅胶分子排列整齐并且形成可重复样式，则为结晶硅胶。如果硅胶分子排列不整齐，则为无定形硅胶。 以正硅酸乙酯为原料超临界

6、法制备二氧化硅气凝胶制备流程：无水乙醇正硅酸乙酯去离子水湿凝胶老化改性处理溶剂置换溶剂置换超临界干燥气凝胶催化剂1、溶胶凝胶工艺2、干燥技术3、超临界干燥技术4、常压干燥技术 5、冷冻干燥6、传导干燥7、蒸发干燥二、制备工艺二、制备工艺三、基本特性三、基本特性（5大特性，主要介绍3点）1、热学特性及其应用 气凝胶的纳米多孔结构使它具有极佳的绝热性能，其热导率甚至比空气还要低，空气在常温真空状态下的热导率为0.026W/(mk)，而气凝胶在常温常压下的热导率一般小于0.020W/(mk)，在抽真空的状态下，热导率可低至0.004W/(mk)。 SiO2气凝胶作为一种纳米孔超级绝热材料，除具有极低

7、的热导率之外还具有超轻质以及高热稳定性的特性，它在工业、民用、建筑、航天及军事等领域具有非常广泛的应用。传统工业领域太阳能利用节能建筑航空航天军事领域2、声学特性及其应用吸声材料要求材料内部充满孔隙，并且孔隙是互相连通且与表面相通的。当声波入射到材料表面时，一部分在材料表面被反射，另一部分则透入到材料内部向前传播。声波在传播过程中，其产生的振动引起小孔或间隙内的空气运动，造成和孔壁的摩擦，紧靠孔壁和纤维表面的空气受孔壁的影响不易流动，由于摩擦和粘滞力的作用，使相当一部分声能转化为热能。气凝胶内部充满了两端开放并与表面相通的纳米孔，其高达1000m2/g的比表面积说明了其中包含孔的数量之多，因此

8、声音在其中传播时，声能将被其大量存在的孔壁大大消耗，这使得气凝胶具有比普通多孔材料高数十倍的吸声效果。由于气凝胶的密度可以通过改变制备条件对其进行控制，因此使得声阻亦可调。这一特性使得气凝胶可作为声阻耦合材料，如作为压电陶瓷与空气的声阻耦合材料。水声反声材料是指声波由水中入射到材料层上能无损耗地全部反射出去的材料。3、催化特性及其应用 超微粒子特定的表面结构有利于活性组分的分散,从而可以对许多催化过程产生显著的影响。气凝胶是一种由纳米粒子组成的固体材料，具有小粒径、高比表面积和低密度等特点，这些特点使气凝胶催化剂的活性和选择性均远远高于常规催化剂，而且活性组分可以非常均匀地分散于载体中，同时它

9、还具有优良的热稳定性，可以有效的减少副反应发生。因此气凝胶作为催化剂，其活性、选择性和寿命都可以得到大幅度地提高，具有非常良好的催化特性1938年，Kearby 等发现在醇向胺的转化过程中，Cr2O3Al2O3复合氧化物气凝胶是一种性能良好的催化剂。1974年，Gardes 等制备了NiO/Al2O3 气凝胶催化剂并把它应用于乙苯脱乙基制苯,具有非常良好的效果。初期气凝胶催化剂主要用于一些有工业应用背景的有机反应，如乙酸转化为丙酮、丙酸转化为二乙基丙酮等反应，近年来已经发现了气凝胶更多的催化特性。四、主要产品四、主要产品1、气凝胶复合隔热毡应用领域 预制保温管 储罐，容器等设备保温 石油开采蒸汽管线 热电厂、石化厂、化工厂管线 各类高、低温炉体，移动救生舱 高速列车、汽车、地铁等车体保温 建筑领域保温 气凝胶复合隔热毡是一种柔性、无机环保、高效保温、易于施工的隔热毡，该材料是将纳米气凝胶与无机纤维结合在一起，专用于高温各类工业管道、罐体及其他弧面设备的保温隔热。 2、气凝胶复合隔热板 气凝胶复合隔热板是一种纳米刚性保温板，将纳米气凝胶与无机纤维结合在一起，可用于建筑、机器、设备及其他领域。其具有极低导热率，节能环保，使用方便及憎水效果优异等特点