气凝胶的制备与应用情况
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03 传感器 04 电池
保温材料
不同材料导热系数
保温原理
对流 内部孔径小于空气分子运动平均
自由程，失去自由流动能力
辐 射 存在大量的气固界面，大大阻
隔了热辐射
传导 固体成分少，热传导路径细长，
从而大大减轻了固体热传导
油水分离
石墨烯气凝胶微球用于油水分离 石墨烯气凝胶用于油水分离
传感器
MIECs纤维素气凝胶
电镜图 (e)Fe2O3/Gas氮气吸附/脱附曲线
Fe2O3/GAs 和 Fe2O3/GNs 的电化学性能
展望
应用领域少：主要用于隔热领域，以硅气凝胶为主，在催化、电 化学等其他领域的商业应用亟待开发。
制备工艺不足：目前工业生产的气凝胶均未经历溶剂置换步骤， 大规模的溶剂置换工艺开发仍待解决。
未来主要解决问题：生产工艺的大规划化、原材料获取。
超临界干燥
不同液体的超临界参数
优点：干燥过程主要取决
于基体中CO2/溶剂扩散，适 用范围最广。
局限：耗能高。
预处理 超临界干燥高压釜示意图
溶剂置换
常压干燥
基体增 强
溶剂置 换
扩大孔 径
表面改 性
回弹效应
常压干燥
液体
空气
优点：低能耗，工艺成熟，
广泛应用于疏水气凝胶。
局限：密度>0.1g/cm3 ，不
气凝胶的制备与应用
目 录
气凝胶简 介
气凝胶制 备
气凝胶应 用
未来展望
气凝胶简介
• 1931年， Kistler通过溶胶—凝胶法水解水玻璃首次制备气凝 胶。
• 1932年，Kistler提出“气凝胶”这个术语，指液体被气体取代，
不破坏凝胶固体网络的凝胶。
二氧化硅气凝胶制备过程
水玻璃水解反应
气凝胶—“蓝烟”
自上而下法制备纤维素气凝胶 流程
反应过程中木头的结构变化
气相沉积法
气相沉积法制备SiC气凝胶流程 反应过程
气相沉积法
制备过程
气相沉积法制备碳纳米 管气凝胶流程
1： Floating catalytic CVD，碳纳米管。 2：Low-rate CVD，无定形碳。
气凝胶的应用
01 保温材料 02 油水分离
适用于亲水和脆性基体
预处理
疏水化处理
冷冻干燥
干燥机理：通过升华作用避免气—液界面的形成。
快/慢速冷冻 冷冻干燥机
单向冷冻
湿凝胶
冻凝胶
气凝胶
优点：结晶可以作为
模板
局限：得不到密度在
0.03g/cm3以下的气凝 胶，耗能较高。
预处理
加入改性剂 （叔丁醇）
自上而下法
1、原材料（生物质材料）处理； 2、保留三维网络骨架； 3、得到生物质气凝胶。
(a,b)压力传感 (c,d) 温度传感，RH = 30% (e,f)湿度传感
锂离子电池
纤维素气凝胶薄膜作为凝胶聚合物电解质基体用 于锂离子电池
优点：高孔隙率，优异的力学强
度，热稳定性，电化学稳定性和 电池性能
凝胶化CAM-4和Celgard 2400分别组装电池 的电化学性能
锂离子电池
(a−c) Fe2O3/Gas SEM电镜图 (d)Fe2O3/Gas HRTEM
气凝胶分类
材料
维度
气凝胶
气凝胶特点
密度低 0.16Kg/m3
孔隙率高 80%—99.8%
比表面积大 400—1000m2/g
导热系数低 10mWm-1K-1
优点 缺点
强度低
制作能耗高 耗时
弹性差
凯夫拉气凝胶SEM电镜图
气凝胶制备方法
LORE M
溶胶-凝胶法
LORE M
自上而下法
LORE M
气相沉积法
溶胶—凝胶法
Reaction
etc.
Gelation Leabharlann Baidury
solution
aerogel
wet gel
化学反应
凝胶方法
PH，小分子促进剂或高分子
转换溶剂 温度
生物质高分子凝胶化
凝胶机理
湿凝胶干燥
三维空间 干燥 结构塌缩 结构
干燥方法
干燥方式
超临界干燥 常压干燥
冷冻干燥
干燥过程压力—温度路径
聚合物气凝胶
杂化气凝胶
导电气凝胶
未来研 究方向
A
气凝胶生 产流程优
化
D
B
C
气凝胶生产原 型机的制造
E
致谢
感谢聆听 欢迎批评指正
保温材料
不同材料导热系数
保温原理
对流 内部孔径小于空气分子运动平均
自由程，失去自由流动能力
辐 射 存在大量的气固界面，大大阻
隔了热辐射
传导 固体成分少，热传导路径细长，
从而大大减轻了固体热传导
油水分离
石墨烯气凝胶微球用于油水分离 石墨烯气凝胶用于油水分离
传感器
MIECs纤维素气凝胶
电镜图 (e)Fe2O3/Gas氮气吸附/脱附曲线
Fe2O3/GAs 和 Fe2O3/GNs 的电化学性能
展望
应用领域少：主要用于隔热领域，以硅气凝胶为主，在催化、电 化学等其他领域的商业应用亟待开发。
制备工艺不足：目前工业生产的气凝胶均未经历溶剂置换步骤， 大规模的溶剂置换工艺开发仍待解决。
未来主要解决问题：生产工艺的大规划化、原材料获取。
超临界干燥
不同液体的超临界参数
优点：干燥过程主要取决
于基体中CO2/溶剂扩散，适 用范围最广。
局限：耗能高。
预处理 超临界干燥高压釜示意图
溶剂置换
常压干燥
基体增 强
溶剂置 换
扩大孔 径
表面改 性
回弹效应
常压干燥
液体
空气
优点：低能耗，工艺成熟，
广泛应用于疏水气凝胶。
局限：密度>0.1g/cm3 ，不
气凝胶的制备与应用
目 录
气凝胶简 介
气凝胶制 备
气凝胶应 用
未来展望
气凝胶简介
• 1931年， Kistler通过溶胶—凝胶法水解水玻璃首次制备气凝 胶。
• 1932年，Kistler提出“气凝胶”这个术语，指液体被气体取代，
不破坏凝胶固体网络的凝胶。
二氧化硅气凝胶制备过程
水玻璃水解反应
气凝胶—“蓝烟”
自上而下法制备纤维素气凝胶 流程
反应过程中木头的结构变化
气相沉积法
气相沉积法制备SiC气凝胶流程 反应过程
气相沉积法
制备过程
气相沉积法制备碳纳米 管气凝胶流程
1： Floating catalytic CVD，碳纳米管。 2：Low-rate CVD，无定形碳。
气凝胶的应用
01 保温材料 02 油水分离
适用于亲水和脆性基体
预处理
疏水化处理
冷冻干燥
干燥机理：通过升华作用避免气—液界面的形成。
快/慢速冷冻 冷冻干燥机
单向冷冻
湿凝胶
冻凝胶
气凝胶
优点：结晶可以作为
模板
局限：得不到密度在
0.03g/cm3以下的气凝 胶，耗能较高。
预处理
加入改性剂 （叔丁醇）
自上而下法
1、原材料（生物质材料）处理； 2、保留三维网络骨架； 3、得到生物质气凝胶。
(a,b)压力传感 (c,d) 温度传感，RH = 30% (e,f)湿度传感
锂离子电池
纤维素气凝胶薄膜作为凝胶聚合物电解质基体用 于锂离子电池
优点：高孔隙率，优异的力学强
度，热稳定性，电化学稳定性和 电池性能
凝胶化CAM-4和Celgard 2400分别组装电池 的电化学性能
锂离子电池
(a−c) Fe2O3/Gas SEM电镜图 (d)Fe2O3/Gas HRTEM
气凝胶分类
材料
维度
气凝胶
气凝胶特点
密度低 0.16Kg/m3
孔隙率高 80%—99.8%
比表面积大 400—1000m2/g
导热系数低 10mWm-1K-1
优点 缺点
强度低
制作能耗高 耗时
弹性差
凯夫拉气凝胶SEM电镜图
气凝胶制备方法
LORE M
溶胶-凝胶法
LORE M
自上而下法
LORE M
气相沉积法
溶胶—凝胶法
Reaction
etc.
Gelation Leabharlann Baidury
solution
aerogel
wet gel
化学反应
凝胶方法
PH，小分子促进剂或高分子
转换溶剂 温度
生物质高分子凝胶化
凝胶机理
湿凝胶干燥
三维空间 干燥 结构塌缩 结构
干燥方法
干燥方式
超临界干燥 常压干燥
冷冻干燥
干燥过程压力—温度路径
聚合物气凝胶
杂化气凝胶
导电气凝胶
未来研 究方向
A
气凝胶生 产流程优
化
D
B
C
气凝胶生产原 型机的制造
E
致谢
感谢聆听 欢迎批评指正