超材料-氣凝膠

1、超材料氣凝膠小組成員：徐微 劉珅 徐敏 屠吉人 一般認為超材料是具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復合結(jié)構(gòu)或復合材料。超材料六類超材料：1、自我修復材料、自我修復材料仿生塑料仿生塑料 2、熱電材料、熱電材料 3、鈣鈦礦、鈣鈦礦 4、氣凝膠、氣凝膠 5、Stanene導電率導電率100%的材料的材料 6、光操縱材料、光操縱材料一、氣凝膠：世界上最輕的氣體一、氣凝膠：世界上最輕的氣體 英文aerogel，又稱為干凝膠。當凝膠脫去大部分溶劑，使凝膠中液體含量比固體含量少得多，或凝膠的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中充滿的介質(zhì)是氣體，外表呈固體狀，這即為干凝膠，也稱為氣凝膠。 被稱為冷煙、固體煙、固體空氣或者藍煙

2、的氣凝膠是目前已知固體物質(zhì)中最輕并且性能最好的隔熱材料，其體積的90%以上都是極微小的納米孔洞，其余部分由三維納米網(wǎng)狀孔壁構(gòu)成。1、技術(shù)參數(shù)體積密度40150kg/m3 粒徑范圍0.55mm 比表面積500650m2/g 孔隙率 90% 孔徑 20100nm 憎水性 憎水和親水兩類 主要優(yōu)點 無可比擬的隔熱效果 出色的光線分散性 良好的物理穩(wěn)定性 可改善聲學性能 高孔隙率，高比表面積 納米級孔隙，極低的密度 應用領(lǐng)域 極低的熱導率制作高性能納米隔熱材料 獨特的納米結(jié)構(gòu)制作新型氣體過濾材料 高比表面積制作超級儲能材料或催化劑載體 聲阻抗可變范圍較大可用于制作超聲探測器的聲阻耦合材料2、氣凝膠絕熱

3、粉體 該系列產(chǎn)品以納米二氧化硅氣凝膠為主體材料，通過獨有的特殊工藝復合而成。具有耐高溫、導熱系數(shù)低、密度小、強度高、綠色環(huán)保、防水不燃等優(yōu)越性能，同時兼具優(yōu)越的隔聲減震性能，是冶金、化工、國防、航空航天等領(lǐng)域不可或缺的高效隔熱保溫材料。 型號 QF SF 比表面積(m2/g) 600 600 密度(kg/m3) 40-200 40-200 氣孔率(%) 90-98 90-98 孔徑(nm) 25-45 25-45 孔容積(cm2/g) 3.0-3.6 3.0-3.6 親水性 親水 疏水 使用范圍 保溫絕熱、空氣凈化、水處理等功能結(jié)構(gòu)夾層、填充層、復合層，或與其他材料復合、粘結(jié)使用。 主要性能指

4、標 3、氣凝膠絕熱顆粒 該系列產(chǎn)品密度低，比表面大，孔隙率高，透光度好，外觀為淡藍色透明顆粒狀，具有導熱系數(shù)低、隔熱保溫性能好、吸附性能強、綠色環(huán)保、無毒、阻燃、無腐蝕、防水等優(yōu)越性能，不含任何對人體有害的物質(zhì)，可廣泛應用于采光保溫設(shè)備結(jié)構(gòu)夾層、填充層、復合層等領(lǐng)域。4、絕熱采光板 該系列產(chǎn)品以半透明納米二氧化硅氣凝膠顆粒、薄膜或板材為主體夾層材料，與優(yōu)質(zhì)玻璃鋼材料復合制成。具有透光、隔熱、綠色環(huán)保、防水不燃等優(yōu)越性能，應用領(lǐng)域廣，施工方便，為大型劇院、展覽中心、會議中心、特殊試驗中心、高級賓館、別墅、太陽能集熱器等提供透明隔熱的高級絕熱保溫產(chǎn)品。 主要特點 1. 有較高的透光度，可有效利用太

5、陽光，節(jié)省照明用電； 2. 導熱系數(shù)低、隔熱性能優(yōu)良； 3. 綠色環(huán)保、無毒、阻燃、無腐蝕； 4. 抗壓、抗震性能良好； 5. 安全、輕質(zhì)、易施工、美觀。 氣凝膠看上去像凝固的煙，但它的成分與玻璃相似。由于它的密度極小，用于航空航天方面非常合適。美宇航局噴氣推進實驗室，該實驗室瓊斯博士研制出的新型氣凝膠，主要由純二氧化硅等組成。二氧化硅氣凝膠是一種合成的無定形硅膠，與結(jié)晶硅膠顯著不同。硅膠分子由一個硅原子和兩個氧原子構(gòu)成。如下圖所示，硅膠有兩種基本形式：無定形硅膠和結(jié)晶硅膠。如果硅膠分子排列整齊并且形成可重復樣式，則為結(jié)晶硅膠。如果硅膠分子排列不整齊，則為無定形硅膠。 以正硅酸乙酯為原料超臨界

6、法制備二氧化硅氣凝膠制備流程：無水乙醇正硅酸乙酯去離子水濕凝膠老化改性處理溶劑置換溶劑置換超臨界干燥氣凝膠催化劑1、溶膠凝膠工藝2、干燥技術(shù)3、超臨界干燥技術(shù)4、常壓干燥技術(shù) 5、冷凍干燥6、傳導干燥7、蒸發(fā)干燥二、制備工藝二、制備工藝三、基本特性三、基本特性（5大特性，主要介紹3點）1、熱學特性及其應用 氣凝膠的納米多孔結(jié)構(gòu)使它具有極佳的絕熱性能，其熱導率甚至比空氣還要低，空氣在常溫真空狀態(tài)下的熱導率為0.026W/(mk)，而氣凝膠在常溫常壓下的熱導率一般小于0.020W/(mk)，在抽真空的狀態(tài)下，熱導率可低至0.004W/(mk)。 SiO2氣凝膠作為一種納米孔超級絕熱材料，除具有極低

7、的熱導率之外還具有超輕質(zhì)以及高熱穩(wěn)定性的特性，它在工業(yè)、民用、建筑、航天及軍事等領(lǐng)域具有非常廣泛的應用。傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域太陽能利用節(jié)能建筑航空航天軍事領(lǐng)域2、聲學特性及其應用吸聲材料要求材料內(nèi)部充滿孔隙，并且孔隙是互相連通且與表面相通的。當聲波入射到材料表面時，一部分在材料表面被反射，另一部分則透入到材料內(nèi)部向前傳播。聲波在傳播過程中，其產(chǎn)生的振動引起小孔或間隙內(nèi)的空氣運動，造成和孔壁的摩擦，緊靠孔壁和纖維表面的空氣受孔壁的影響不易流動，由于摩擦和粘滯力的作用，使相當一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能。氣凝膠內(nèi)部充滿了兩端開放并與表面相通的納米孔，其高達1000m2/g的比表面積說明了其中包含孔的數(shù)量之多，因此

8、聲音在其中傳播時，聲能將被其大量存在的孔壁大大消耗，這使得氣凝膠具有比普通多孔材料高數(shù)十倍的吸聲效果。由于氣凝膠的密度可以通過改變制備條件對其進行控制，因此使得聲阻亦可調(diào)。這一特性使得氣凝膠可作為聲阻耦合材料，如作為壓電陶瓷與空氣的聲阻耦合材料。水聲反聲材料是指聲波由水中入射到材料層上能無損耗地全部反射出去的材料。3、催化特性及其應用 超微粒子特定的表面結(jié)構(gòu)有利于活性組分的分散,從而可以對許多催化過程產(chǎn)生顯著的影響。氣凝膠是一種由納米粒子組成的固體材料，具有小粒徑、高比表面積和低密度等特點，這些特點使氣凝膠催化劑的活性和選擇性均遠遠高于常規(guī)催化劑，而且活性組分可以非常均勻地分散于載體中，同時它

9、還具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，可以有效的減少副反應發(fā)生。因此氣凝膠作為催化劑，其活性、選擇性和壽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 等發(fā)現(xiàn)在醇向胺的轉(zhuǎn)化過程中，Cr2O3Al2O3復合氧化物氣凝膠是一種性能良好的催化劑。1974年，Gardes 等制備了NiO/Al2O3 氣凝膠催化劑并把它應用于乙苯脫乙基制苯,具有非常良好的效果。初期氣凝膠催化劑主要用于一些有工業(yè)應用背景的有機反應，如乙酸轉(zhuǎn)化為丙酮、丙酸轉(zhuǎn)化為二乙基丙酮等反應，近年來已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了氣凝膠更多的催化特性。四、主要產(chǎn)品四、主要產(chǎn)品1、氣凝膠復合隔熱氈應用領(lǐng)域 預制保溫管 儲罐，容器等設(shè)備保溫 石油開采蒸汽管線 熱電廠、石化廠、化工廠管線 各類高、低溫爐體，移動救生艙 高速列車、汽車、地鐵等車體保溫 建筑領(lǐng)域保溫 氣凝膠復合隔熱氈是一種柔性、無機環(huán)保、高效保溫、易于施工的隔熱氈，該材料是將納米氣凝膠與無機纖維結(jié)合在一起，專用于高溫各類工業(yè)管道、罐體及其他弧面設(shè)備的保溫隔熱。 2、氣凝膠復合隔熱板 氣凝膠復合隔熱板是一種納米剛性保溫板，將納米氣凝膠與無機纖維結(jié)合在一起，可用于建筑、機器、設(shè)備及其他領(lǐng)域。其具有極低導熱率，節(jié)能環(huán)保，使用方便及憎水效果優(yōu)異等特點