气凝胶物理化学性能参数

气凝胶性能参数
百科：
最早由美国科学工作者Kistler在1931年制得（硅气凝胶）。

气凝胶的结构特征是拥有高通透性的圆筒形多分枝纳米多孔三位网络结构，拥有极高孔洞率、极低的密度、高比表面积、超高孔体积率，其体密度在0.003-0.500 g/cm3范围内可调。

（空气的密度为0.00129 g/cm3）。

气凝胶内含大量的空气，典型的孔洞线度在l—l00纳米范围，孔洞率在80%以上，是一种具有纳米结构的多孔材料。

是目前已知的最轻的固体材料，也是迄今为止保温性能最好的材料。

1、低密度：气凝胶中一般80%以上是空气，是世界上密度最小的固体，密度为3.55kg/m3，为空气的2.75倍,干燥松木（500千kg/m3）的1/140。

最轻的硅气凝胶仅有0.16mg/cm3，仅是空气密度的1/6。

2、绝热：可以承受相当于自身质量几千倍的压力，在温度达到1200摄氏度时才会熔化，最高能承受1400摄氏度的高温，绝热能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。

固态热导率比相应的玻璃态材料低2—3个数量级。

纳米微孔洞抑制了气体分子对热传导的贡献，硅气凝胶的折射率接近l，而且对红外和可见光的湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光，并阻止环境温度的红外热辐射。

通过掺杂的手段，可进一步降低硅气凝胶的辐射热传导，常温常压下掺碳气凝胶的热导率可低达0．013w/m·K，是目前热导率最低的固态材料，可望替代聚氨脂泡沫（0.022～0.033w/m·K，705于经理提供的数据为0.029w/m·K，芳纶蜂窝0.086w/m·K，夹层芳纶蜂窝0.084w/m·K）。

掺入二氧化钛可使硅气凝胶成为新型高温隔热材料，800K时的热导率仅为0．03w/m·K，作为军品配套新材料将得到进一步发展。

其他方面：
1、低声速特性：是一种理想的声学延迟或高温隔音材料，声阻抗可变范围较大(103—107 kg/m2·s)，是一种较理想的超声探测器的声阻耦合材料。

（空气的声阻只有400 kg/m2·s）
2、储能器件方面应用：有机气凝胶经过烧结工艺处理后将得到碳气凝胶，具有很大的比表面积(600—1000 m2/kg)和高电导率(10—25 s/cm)．而且，密度变化范围广(0.05—1.0 g/cm3)．如在其微孔洞内充入适当的电解液，可以制成新型可充电电池，它具有储电容量大、内阻小、重量轻、充放电能力强、可多次重复使用等优异特性，初步实验结果表明：碳气凝胶的充电容量达3×104/kg2，功率密度为7 kw/kg，反复充放电性能良好。

3、高弹性、吸油力：“碳海绵”具备高弹性，被压缩80%后仍可恢复原状。

它对有机溶剂具有超快、超高的吸附力，是迄今已报道的吸油力最高的材料。

现有的吸油产品一般只能吸自身质量10倍左右的液体，而“碳海绵”的吸收量是250倍左右，最高可达900倍，而且只吸油不吸水。

“大胃王”吃有机物的速度极快：每克这样的“碳海绵”每秒可以吸收68.8克有机物。

主要研究机构：
国外：德国维尔茨堡大学、BASF公司，美国劳伦兹·利物莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室，法国蒙彼利埃材料研究中心，日本高能物理国家实验室等。

国内：同济大学波尔固体物理实验室、国防科技大学、清华大学、浙江大学、纳诺科技有限公司、广东埃力生高新科技有限公司。

文库：
二氧化硅气凝胶又被称作“蓝烟”、“固体烟”，是目前已知的最轻的固体材料，也是迄今为止保温性能最好的材料。

具有纳米多孔结构（1~100nm）、低密度（3~250kg/m3）、低介电常数（1.1~2.5）、低导热系数（0.013~0.025W/(m·k)）、高孔隙率（80~99.8%）、高比表面积（500~1000m2/g）等特点。

一、基本特性
1、热学特性
空气在常温真空状态下的热导率为0.026W/(m·k)，而气凝胶在常温常压下的热导率一般小于0.020W/(m·k)，在抽真空的状态下，热导率可低至0.004W/(m·k)。

气凝胶的孔隙率比普通绝热材料要大得多，其95%以上都是由空气构成，决定了其将具有与空气一样低的热导率。

2、声学特性
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。

3、催化特性
气凝胶是具有小粒径、高比表面积和低密度等特点，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，同时它还具有优良的热
稳定性，可以有效的减少副反应发生。

4、吸附特性
气凝胶由具有高通透性的三维纳米网络结构，拥有很高的比表面积（600～1200 m2/g）和孔隙率（高达90 %以上），且孔洞又与外界相通，因此它具有非常良好的吸附特性。

SiO2气凝胶的吸附性能较活性炭纤维(ACF) 和活性炭颗粒(GAC) 更为优越。

5、光学特性
纯净的SiO2气凝胶透明无色，它的折射率（1.006～1.06）非常接近于空气的折射率，这意味着SiO2气凝胶对入射光几乎没有反射损失，能有效地透过太阳光。

6、电学特性
气凝胶具有低介电常数（1<e<2），而且可通过改变其密度调节介电常数值。

一般而言，所用衬底材料的介电常数越低，则运算速度越快。

现在集成电路所用的衬底材料为Al2O3，其介电常数为10，如将集成电路所用的衬底材料改成气凝胶薄膜，其运算速度可提高3倍。

二、气凝胶
1、技术参数
被称为冷烟、固体烟、固体空气或者蓝烟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。

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。

主要性能指标：
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。