气凝胶项目介绍PPT课件
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气凝胶的应用-PPT精选文档
水
聚 合
前驱体
溶 胶
凝胶
胶
气 凝
气凝胶形成示意图
OC2H5 H5C2O Si OC2H5 ＋ 4H2O HO
OH Si OH
OH OH OH HO Si OH O OH Si OH OH ＋ H2O
Hale Waihona Puke OH ＋ 4C2H5OH水解
缩聚
OC2H5
OH HO Si OH OH ＋ HO
Si OH
OH HO Si OH OH HO
工业中气凝胶的应用
气凝胶的定义
气凝胶又称为干凝胶。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。 气凝胶也具凝胶的性质，即膨胀作用、触变作用、 离浆作用。
最轻的固体
美国宇航局科学家研制出的一种气凝胶，作为世 界最轻的固体，正式入选吉尼斯世界纪录。 密度为3.55千Kg/m3，仅为空气密度的2.75倍。 这种气凝胶呈半透明淡蓝色，重量极轻，因此人 们也把它称为“固态烟”。
折射率可调性 硅气凝胶的折射率接近l，而且对紫外和可见光的 湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光中 的可见光部分，并阻隔其中的紫外光部分，成为 一种理想的透明隔热材料，在太阳能利用和建筑 物节能方面已经得到应用。
气凝胶的应用
航天应用 彗星微粒中包含着太阳系中最原始、最古老的物质， 研究它可以帮助人类更清楚地了解太阳和行星的 历史。2019年，“星尘”号飞船带着人类获得的 第一批彗星星尘样品返回地球。 美国国家宇航局的“星尘”号空间探测器已经带着 它在太空中完成了一项十分重要的使命———收 集彗星微粒。
吸附性 它还有环保的优点。气凝胶被科学家们描述为 “终极海绵”，其表面的数百万小孔使其成为在 水中吸附污染物的理想材料。 卡纳茨迪斯已经研制出一种新型气凝胶，用于除 去水中的铅和水银。某些形式的气凝胶可吸附溢 出的油，可以用它来处理一些环境灾祸。
气凝胶ppt课件
7
气凝胶样品进行的表面形貌分析 8
➢ 气凝胶属于一种固体，但99%是由气体构成，外 观看起来像云一样。它有数百万小孔和皱摺，如 果把1立方厘米的气凝胶拆开，它会填满一个有足 球场那么大的地方。它的小孔不仅能像一块海绵 一样吸附污染物，还能充当气穴。
➢ 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，在力学、声学、热学、光学等 诸方面均显示其独特性质。它们明显不同于孔洞 结构在微米和毫米量级的多孔材料，其纤细的纳 米结构使得材料的热导率极低，具有极大的比表 面积．对光、声的散射均比传统的多孔性材料小 得多，这些独特的性质不仅使得该材料在基础研 究中引起人们兴趣，而且在许多领域蕴藏着广泛 的应用前景。
气凝胶太空服
✓派宇航员登陆火星预定于2018年进行 ✓气凝胶正用来为人类首次登陆火星时所穿
的太空服研制一种保温隔热衬里 ✓Aspen Aerogel公司的一位资深科学家马
克·克拉耶夫斯基认为，一层18毫米的气凝 胶将足以保护宇航员抵御零下130度的低温。 他说：“它是我们所见过的最棒的绝热材 料。”
➢导热性和折射率也很低，热绝缘能力比最 好的玻璃纤维还要强39倍。
➢由于具备这些特性，气凝胶便成为航天探 测中不可替代的材料，俄罗斯“和平”号 空间站和美国“勇气号”火星探测器都用 它来进行热绝缘。
15
16
➢彗星微粒中包含着太阳系中最原始、最古 老的物质，研究它可以帮助人类更清楚地 了解太阳和行星的历史。2006年，“星尘” 号飞船将带着人类获得的第一批彗星星尘 样品返回地球。
21
军事用途
✓气凝胶作未来的防弹住宅和军用车辆装甲。 ✓在实验室中，一个涂有6毫米气凝胶的金属
气凝胶样品进行的表面形貌分析 8
➢ 气凝胶属于一种固体，但99%是由气体构成，外 观看起来像云一样。它有数百万小孔和皱摺，如 果把1立方厘米的气凝胶拆开，它会填满一个有足 球场那么大的地方。它的小孔不仅能像一块海绵 一样吸附污染物，还能充当气穴。
➢ 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，在力学、声学、热学、光学等 诸方面均显示其独特性质。它们明显不同于孔洞 结构在微米和毫米量级的多孔材料，其纤细的纳 米结构使得材料的热导率极低，具有极大的比表 面积．对光、声的散射均比传统的多孔性材料小 得多，这些独特的性质不仅使得该材料在基础研 究中引起人们兴趣，而且在许多领域蕴藏着广泛 的应用前景。
气凝胶太空服
✓派宇航员登陆火星预定于2018年进行 ✓气凝胶正用来为人类首次登陆火星时所穿
的太空服研制一种保温隔热衬里 ✓Aspen Aerogel公司的一位资深科学家马
克·克拉耶夫斯基认为，一层18毫米的气凝 胶将足以保护宇航员抵御零下130度的低温。 他说：“它是我们所见过的最棒的绝热材 料。”
➢导热性和折射率也很低，热绝缘能力比最 好的玻璃纤维还要强39倍。
➢由于具备这些特性，气凝胶便成为航天探 测中不可替代的材料，俄罗斯“和平”号 空间站和美国“勇气号”火星探测器都用 它来进行热绝缘。
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➢彗星微粒中包含着太阳系中最原始、最古 老的物质，研究它可以帮助人类更清楚地 了解太阳和行星的历史。2006年，“星尘” 号飞船将带着人类获得的第一批彗星星尘 样品返回地球。
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军事用途
✓气凝胶作未来的防弹住宅和军用车辆装甲。 ✓在实验室中，一个涂有6毫米气凝胶的金属
气凝胶简介演示
气凝胶在承受压力和稳定性方面 存在一定的局限性，需要优化制 备工艺和材料配方以提高其性能 。
降低导热系数
气凝胶的导热系数较高，限制了 其在一些需要低导热系数领域的 应用，需要研发新型材料和制备 方法来降低其导热系数。
增强隔声性能
气凝胶的隔声性能有待提高，需 要研究如何通过改进结构和材料 来增强其隔音效果。
性能优化与改性研究
表面修饰
通过化学或物理方法对气凝胶表 面进行修饰，以提高其润湿性、
耐腐蚀性和抗氧化性等性能。
多孔结构调控
通过改变制备工艺参数，调控气凝 胶的孔径、孔隙率和比表面积等参 数，以提高其吸附性能、隔热性能 和机械性能等。
复合增强
将气凝胶与其他材料进行复合，以 提高其力学性能、电学性能和光学 性能等。
04
气凝胶的研究进展
新型制备方法研究Biblioteka 溶胶-凝胶法通过将无机盐或金属醇盐溶液进行水解、聚合，形成凝胶，再经干燥和热处理得 到气凝胶。此方法制备的气凝胶孔径较小，结构均匀，但制备过程复杂，需要大 量有机溶剂。
超临界干燥法
在超临界状态下，将凝胶置于高压反应釜中，通过控制压力和温度，使凝胶中的 溶剂变成超临界流体，然后迅速释放压力，使凝胶内部形成大量微孔，得到气凝 胶。此方法制备的气凝胶孔径较大，结构较均匀，但需要高压力设备。
3
经过老化、干燥和高温处理后，即可得到气凝胶 。
化学气相沉积法
化学气相沉积法是一种常用于制 备无机气凝胶的方法。
该方法将气体反应物引入反应室 ，在一定条件下发生化学反应， 生成固态物质并沉积在基底上。
通过控制反应条件和沉积时间， 可以制备出具有不同结构和性能
的气凝胶。
模板法
模板法是一种通过使用模板来制备气 凝胶的方法。
降低导热系数
气凝胶的导热系数较高，限制了 其在一些需要低导热系数领域的 应用，需要研发新型材料和制备 方法来降低其导热系数。
增强隔声性能
气凝胶的隔声性能有待提高，需 要研究如何通过改进结构和材料 来增强其隔音效果。
性能优化与改性研究
表面修饰
通过化学或物理方法对气凝胶表 面进行修饰，以提高其润湿性、
耐腐蚀性和抗氧化性等性能。
多孔结构调控
通过改变制备工艺参数，调控气凝 胶的孔径、孔隙率和比表面积等参 数，以提高其吸附性能、隔热性能 和机械性能等。
复合增强
将气凝胶与其他材料进行复合，以 提高其力学性能、电学性能和光学 性能等。
04
气凝胶的研究进展
新型制备方法研究Biblioteka 溶胶-凝胶法通过将无机盐或金属醇盐溶液进行水解、聚合，形成凝胶，再经干燥和热处理得 到气凝胶。此方法制备的气凝胶孔径较小，结构均匀，但制备过程复杂，需要大 量有机溶剂。
超临界干燥法
在超临界状态下，将凝胶置于高压反应釜中，通过控制压力和温度，使凝胶中的 溶剂变成超临界流体，然后迅速释放压力，使凝胶内部形成大量微孔，得到气凝 胶。此方法制备的气凝胶孔径较大，结构较均匀，但需要高压力设备。
3
经过老化、干燥和高温处理后，即可得到气凝胶 。
化学气相沉积法
化学气相沉积法是一种常用于制 备无机气凝胶的方法。
该方法将气体反应物引入反应室 ，在一定条件下发生化学反应， 生成固态物质并沉积在基底上。
通过控制反应条件和沉积时间， 可以制备出具有不同结构和性能
的气凝胶。
模板法
模板法是一种通过使用模板来制备气 凝胶的方法。
气凝胶简介ppt课件
14
气凝胶的热学特性及其应用
Ⅰ.气凝胶材质透明，光线可自由透射 Ⅱ.低折射率，对入射光几乎没有反射损失，太阳光透过率高达87% Ⅲ.纳米孔状材料，内部存在大量微小孔洞，孔隙率在80%~99.8%。 布满了无限多的孔壁，而这些孔壁都是辐射的反射面和折射面，极大 地阻滞了辐射的热量散失。
太阳能利用：因此气凝胶特别适合于用作太阳能集热器及其它集热装 置的保温隔热材料，当太阳光透过气凝胶进入集热器内部，内部系统 将太阳光的光能转化为热能，气凝胶又能有效阻止热量流失。
• 热传导：由于近于无穷多纳米孔的存在，热流在固体
中传递时就只能沿着气孔壁传递，近于无穷多的气孔壁构 成了近于“无穷长路径”效应，使得固体热传导的能力下 降到接近最低极限
9
气凝胶在太空任务的应用
美“火星探路者”探测器 （保护机器人电子仪器设备）
“火星漫步者”，抵挡入夜-100℃超低温
俄罗斯“和平号”空间
气凝胶可以作为飞机上使用的隔热消音材料 。据报道，航天飞机及宇宙飞船在重返大气 层时要经历数千摄氏度的白炽高温，保护其 安全重回地球的绝热材料正是SiO2气凝胶。 美国NASA在“火星流浪者”的设计中，使用 了SiO2气凝胶作为保温层,用来抵挡火星夜晚 的超低温。
20
工业设备及管道的保温
锅炉、炼解炉、 干燥机和窑的 保温
28
安装示意图
29
气凝胶复合材料
应用在暖气管道上的效果图
30
一层6mm厚的气凝胶复合材料 可使热水管的温度从86度降到30度
31
包裹在汽车的发动机上
应用在高速列车上
包裹在储油罐上
铺在地板上
32
33
房屋隔热效果对比
34
冷藏集装箱、保温集装箱
气凝胶的热学特性及其应用
Ⅰ.气凝胶材质透明，光线可自由透射 Ⅱ.低折射率，对入射光几乎没有反射损失，太阳光透过率高达87% Ⅲ.纳米孔状材料，内部存在大量微小孔洞，孔隙率在80%~99.8%。 布满了无限多的孔壁，而这些孔壁都是辐射的反射面和折射面，极大 地阻滞了辐射的热量散失。
太阳能利用：因此气凝胶特别适合于用作太阳能集热器及其它集热装 置的保温隔热材料，当太阳光透过气凝胶进入集热器内部，内部系统 将太阳光的光能转化为热能，气凝胶又能有效阻止热量流失。
• 热传导：由于近于无穷多纳米孔的存在，热流在固体
中传递时就只能沿着气孔壁传递，近于无穷多的气孔壁构 成了近于“无穷长路径”效应，使得固体热传导的能力下 降到接近最低极限
9
气凝胶在太空任务的应用
美“火星探路者”探测器 （保护机器人电子仪器设备）
“火星漫步者”，抵挡入夜-100℃超低温
俄罗斯“和平号”空间
气凝胶可以作为飞机上使用的隔热消音材料 。据报道，航天飞机及宇宙飞船在重返大气 层时要经历数千摄氏度的白炽高温，保护其 安全重回地球的绝热材料正是SiO2气凝胶。 美国NASA在“火星流浪者”的设计中，使用 了SiO2气凝胶作为保温层,用来抵挡火星夜晚 的超低温。
20
工业设备及管道的保温
锅炉、炼解炉、 干燥机和窑的 保温
28
安装示意图
29
气凝胶复合材料
应用在暖气管道上的效果图
30
一层6mm厚的气凝胶复合材料 可使热水管的温度从86度降到30度
31
包裹在汽车的发动机上
应用在高速列车上
包裹在储油罐上
铺在地板上
32
33
房屋隔热效果对比
34
冷藏集装箱、保温集装箱
《气凝胶的应用》PPT课件
OH HO Si OH
OH
OH HO Si O ＋ H2O
SiO2 ＋ 2H2O
水解 缩聚 脱水
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12
工艺流程图
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13
气凝胶的性质与作用
➢隔热性 气凝胶的特殊结构使气凝胶不同于其他多孔材料 的热特性，并且成为最具发展前景的一种超级隔 热材料。
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14
照片现显示的 是用氧炔焰隔 着气凝胶加热 一朵花
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22
气凝胶的应用
➢ 航天应用
彗星微粒中包含着太阳系中最原始、最古老的物质， 研究它可以帮助人类更清楚地了解太阳和行星的 历史。2006年，“星尘”号飞船带着人类获得的 第一批彗星星尘样品返回地球。
美国国家宇航局的“星尘”号空间探测器已经带着 它在太空中完成了一项十分重要的使命———收 集彗星微粒。
初步实验结果表明：碳气凝胶的充kw／kg，反复充放电
性能良好。
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21
➢折射率可调性
硅气凝胶的折射率接近l，而且对紫外和可见光的 湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光中 的可见光部分，并阻隔其中的紫外光部分，成为 一种理想的透明隔热材料，在太阳能利用和建筑 物节能方面已经得到应用。
倍的距离后慢慢停下来。在进入“气凝胶手套”
后，星尘会留下一段胡萝卜状的轨迹，由于气凝
胶几乎是透明的，科学家可以按照轨迹轻松地找
到这些微粒。
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24
宇航员登陆火星预定于2018年进行
气凝胶正用来为人类首次登陆火星时所穿的太空服研
制一种保温隔热衬里
Aspen Aerogel公司的一位资深科学家马克·克拉耶
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《气凝胶的应用》课件
为航空航天领域带来革命性的变化。
新能源领域
气凝胶在新能源领域的应用涉及电池隔膜、储能材料等方面， 具有较高的技术门槛和市场需求，未来发展潜力巨大。
气凝胶的环境友好性发展
环保性能提升Leabharlann 气凝胶作为一种环境友好型材料，其 环保性能在未来将得到进一步优化和 提升，如降低生产过程中的环境污染 、提高废弃气凝胶的回收利用率等。
锂离子电池电极材料
总结词
气凝胶作为锂离子电池的电极材料，具有高能量密度、 长寿命和快速充电等优点。
详细描述
锂离子电池是现代电动汽车和可再生能源储存系统的关 键组成部分。气凝胶作为电极材料，能够提供高能量密 度和长寿命的电池性能。同时，气凝胶的快速充电能力 也提高了电池的充电速度和使用效率。此外，气凝胶电 极材料还具有环保、低成本等优点，为电动汽车和可再 生能源储存系统的普及和应用提供了有力支持。
航天器用隔热材料
要点一
总结词
气凝胶因其超强的隔热性能和轻质特点，成为航天器理想 的隔热材料。
要点二
详细描述
在航天领域，气凝胶被广泛应用于航天器的隔热系统，如 卫星和火箭的整流罩、机翼和尾翼等部位。气凝胶能够有 效地阻隔外部热量和内部热量，保护航天器内部的仪器和 设备免受高温和低温的影响。同时，气凝胶的轻质特点也 减少了航天器的重量，提高了有效载荷和能源效率。
油品吸附处理
总结词
气凝胶能够有效吸附油品，在油品处理领域具有广泛 的应用前景。
详细描述
气凝胶具有较大的比表面积和孔体积，能够有效地吸 附油品和其他有机溶剂。在油品泄漏事故中，气凝胶 可以快速吸附泄漏的油品，减少对环境和生态的污染 。此外，气凝胶还可以用于油品脱硫、脱氮等精制过 程，提高油品的质量和环保性。
新能源领域
气凝胶在新能源领域的应用涉及电池隔膜、储能材料等方面， 具有较高的技术门槛和市场需求，未来发展潜力巨大。
气凝胶的环境友好性发展
环保性能提升Leabharlann 气凝胶作为一种环境友好型材料，其 环保性能在未来将得到进一步优化和 提升，如降低生产过程中的环境污染 、提高废弃气凝胶的回收利用率等。
锂离子电池电极材料
总结词
气凝胶作为锂离子电池的电极材料，具有高能量密度、 长寿命和快速充电等优点。
详细描述
锂离子电池是现代电动汽车和可再生能源储存系统的关 键组成部分。气凝胶作为电极材料，能够提供高能量密 度和长寿命的电池性能。同时，气凝胶的快速充电能力 也提高了电池的充电速度和使用效率。此外，气凝胶电 极材料还具有环保、低成本等优点，为电动汽车和可再 生能源储存系统的普及和应用提供了有力支持。
航天器用隔热材料
要点一
总结词
气凝胶因其超强的隔热性能和轻质特点，成为航天器理想 的隔热材料。
要点二
详细描述
在航天领域，气凝胶被广泛应用于航天器的隔热系统，如 卫星和火箭的整流罩、机翼和尾翼等部位。气凝胶能够有 效地阻隔外部热量和内部热量，保护航天器内部的仪器和 设备免受高温和低温的影响。同时，气凝胶的轻质特点也 减少了航天器的重量，提高了有效载荷和能源效率。
油品吸附处理
总结词
气凝胶能够有效吸附油品，在油品处理领域具有广泛 的应用前景。
详细描述
气凝胶具有较大的比表面积和孔体积，能够有效地吸 附油品和其他有机溶剂。在油品泄漏事故中，气凝胶 可以快速吸附泄漏的油品，减少对环境和生态的污染 。此外，气凝胶还可以用于油品脱硫、脱氮等精制过 程，提高油品的质量和环保性。
超材料气凝胶.pptx
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。
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。
第12页/共20页
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。
第13页/共20页
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
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/(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)。
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。
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。
第12页/共20页
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。
第13页/共20页
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
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/(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)。
气凝胶的详细介绍课件
实验案例分析
案例一
采用正硅酸乙酯为硅源，乙醇为溶剂，氨水为催化剂，采用 溶胶凝胶法制备气凝胶。通过改变氨水的浓度，研究催化剂 对气凝胶性能的影响。
案例二
以甲基三甲氧基硅烷为硅源，采用乳化法制备气凝胶。通过 改变乳化剂的种类和浓度，研究乳化剂对气凝胶性能的影响 。
实验注意事项与安全措施
01
02
03
03
气凝胶的生产工艺及设备
气凝胶的生产工艺
气凝胶的生产工艺流程
01
从原料开始，经过一系列的化学反应和物理处理，最终得到气
凝胶产品。
气凝胶生产工艺的分类
02
根据生产工艺的不同，气凝胶可以分为化学气凝胶、物理气凝
胶和复合气凝胶等。
气凝胶生产工艺的特点
03
这些生产工艺具有不同的特点，如生产效率、产品性能等，根
气凝胶市场发展趋势
随着科技的不断进步和应用的深入拓 展，气凝胶市场将迎来更加广阔的发 展空间，预计未来几年将持续保持快 速增长态势。
气凝胶的技术发展趋势
气凝胶制备技术
目前，气凝胶的制备技术已经比较成熟，但制备效率、成本、环保性等方面仍 需进一步改进。未来，研究者将致力于开发更加高效、环保、低成本的制备技 术，以进一步推动气凝胶的应用。
气凝胶生产过程中的问题及解决方案
原料问题
气凝胶生产过程中，原料的纯度、稳定性等因素会影响产 品质量。解决方案：对原料进行严格筛选和检测，确保原 料的质量和稳定性。
反应控制问题
化学反应过程中，温度、压力、浓度等参数的控制会影响 产品质量。解决方案：采用先进的控制系统和检测设备， 对反应过程进行精确控制。
气凝胶的表面覆盖了大量的极性基团，使其具有很高的化学活性和吸附性能，可以 用于催化剂、吸附剂、隔热材料等领域。
第3章-气凝胶
工业领域应用
在石化行业、化工行业和冶金行业中，管道、 炉窑及其它热工设备普遍存在，用SiO2气凝胶及 其复合材料替代传统的保温材料对它们进行保温 ，可以大大减少热能损失，提高热能利用率, 还可 以用作液态天然气罐和储油罐等, 以及汽车，轮船 ，飞机等发动机，排气管的隔热。
石化行业应用
石化行业保温应用
世界最轻的固体，正式入选吉尼斯世界纪录。 密度为3.55Kg/m3，仅为空气密度的2.75倍。 这种气凝胶呈半透明淡蓝色，重量极轻，因此 人们也把它称为“固态烟”。
什么是气凝胶？
SiO2气凝胶SEM图
SiO2气凝胶微观图
什么是气凝胶？
气凝胶分类：按其组分，可分为单组分气凝胶，如SiO2 ，Al2O3，TiO2，炭气凝胶（有机气凝胶炭化后得到）等 ；多组分气凝胶，如SiO2/Al2O3，SiO2/TiO2等。最典型 的研究最多的气凝胶是单组份的SiO2气凝胶和炭气凝胶（ 有机气凝胶）。
航空航天领域应用
派宇航员登陆火星预定于2018 年进行 气凝胶正用来为人类首次登陆 火星时所穿的太空服研制一种 保温隔热衬里 Aspen Aerogel公司的一位资深 科学家马克· 克拉耶夫斯基认为 ，一层18毫米的气凝胶将足以 保护宇航员抵御零下130度的低 温。他说：“它是我们所见过 的最棒的绝热材料。”
光学领域
纯净的 SiO2气凝胶是透明无色的，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。 SiO2气凝胶可以被用来制作绝热降噪玻璃。利用不同密度的 SiO2气凝 胶膜对不同波长的光制备光耦合材料，可以得到高级的光增透膜。 SiO2气凝胶的折射率和密度满足 n-1≈2.1×10-4r/(kg/m3)，当通过控制制 备条件获得不同密度的SiO2气凝胶时，它的折射率可在1.008-1.4 范围内 变化，因此SiO2气凝胶可作为切仑科夫探测器中的介质材料，用来探测 高能粒子的质量和能量。
冷冻干燥法制气凝胶PPT
Mechanica Propertiesl
Low Density
Aerogel
Electrical Conducti
vities
Large open pores and
High internal surface
area
Thermal Acoustic
2
PPT学习交流
4
Multifunctional, Ultra-Flyweight, Synergistically Assembled Carbon Aerogels
Freeze-drying
2
PPT学习交流 Justin E.Silpe, et al. Langmulr , 2013 , 29: 87821-58787.
Freeze-drying synthesis of Li3V2 (PO4 )3 /C cathode material
The as-prepared material shows a uniform particle size distribution and the particle size is much smaller than 300 nm.
vacuum-drying at 160℃ for 24 h
2
HaiyPaPnT学S，习交Zh流en X，Chao G. Advanced Materials. 2013, 25:25547-2560.
2. hesis of UFA
2
HaiyPaPnT学S，习交Zh流en X，Chao G. Advanced Materials. 2013, 25:25548-2560.
冷冻干燥（Freeze-drying）又称真空冷冻干燥、冻结干燥、冻干（FD）。 1811年 诞生，用于生物体脱水 1890年 医学上的首次应用，冻干了一批生物器官 1932年 引入真空设备，在生物制品、药剂以及食品领域迅猛发展 1935年 干燥的过程采用主动加热，开始应用到工业生产 1965年 首先采用冻干技术制备出金属超细粉末
Low Density
Aerogel
Electrical Conducti
vities
Large open pores and
High internal surface
area
Thermal Acoustic
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Multifunctional, Ultra-Flyweight, Synergistically Assembled Carbon Aerogels
Freeze-drying
2
PPT学习交流 Justin E.Silpe, et al. Langmulr , 2013 , 29: 87821-58787.
Freeze-drying synthesis of Li3V2 (PO4 )3 /C cathode material
The as-prepared material shows a uniform particle size distribution and the particle size is much smaller than 300 nm.
vacuum-drying at 160℃ for 24 h
2
HaiyPaPnT学S，习交Zh流en X，Chao G. Advanced Materials. 2013, 25:25547-2560.
2. hesis of UFA
2
HaiyPaPnT学S，习交Zh流en X，Chao G. Advanced Materials. 2013, 25:25548-2560.
冷冻干燥（Freeze-drying）又称真空冷冻干燥、冻结干燥、冻干（FD）。 1811年 诞生，用于生物体脱水 1890年 医学上的首次应用，冻干了一批生物器官 1932年 引入真空设备，在生物制品、药剂以及食品领域迅猛发展 1935年 干燥的过程采用主动加热，开始应用到工业生产 1965年 首先采用冻干技术制备出金属超细粉末
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纳米孔径的多孔材料
• 高达99.5%的成分是空气 • 空气被困于纳米级孔穴中 • 被困空气的对流传导远低于自由空气
• 理想的绝热绝声材料
• 高达99.5%的孔径率 • 导致高达1000平方米/克的比表面积
• 理想的载体和高効吸附剂
气凝胶性能展示
气凝胶块状体
柔软型气凝胶复合体
气凝胶材料的生产工艺
气凝胶复合材料在地下管道上的应用
气凝胶复合材料可很容易地包裹在汽车的发动机上
气凝胶复合材料包裹在轮船的发动机和排气管上
气凝胶复合材料应用在高速列车上
气凝胶复合材料包裹在储油罐上
民用领域的应用
具有高度透光率并能有效阻止高温热辐 射的SiO2气凝胶可以用作太阳能集热器 及其它集热装置的保温隔热材料，大大 提高其实用性。用热导率极低的掺杂 SiO2气凝胶取代聚氨酯泡沫作为冰箱的 隔热材料. 还可以用作楼房建筑的保温， 隔音等,
Precursor
H2O Solvent
Catalyst
水解
成型
干燥
反应物
气凝胶材料
部分原料循环使用，反应工程无环境影响
气凝胶的应用领域
化工工业
建筑工业
石油工业
运输工业
原油泄漏
航空航天
国防
其他民用领域
气凝胶与其它隔热材料的对比
隔热材料
玻璃纤维 Perlite loose-fill Cardboard 纤维素 Molded expanded polystryrene (EPS) Extruded expanded polystryrene (XPS) Open-cell polyurethane spray foam Close-cell polyurethane spray foam Polyurethane rigid panel Polyisocyanuate spray foam Foil-faced Polyisocyanuate rigid panel 气凝胶
工业领域 的应用
在石化行业、化工行业和冶金行业中， 管道、炉窑及其它热工设备普遍存在， 用SiO2气凝胶及其复合材料替代传统的 保温材料对它们进行保温，可以大大减 少热能损失，提高热能利用率, 还可以用 作液态天然气罐和储油罐等, 以及汽车， 轮船，飞机等发动机，排气管的隔热
深海石油勘探的保温与隔热
改变世界的绿色材料
气凝胶隔热材料的优势
面对能源短缺问题，建设节约型社会， 减少热损失和能源浪费、提高热能利用 效率具有重要意义，这势必需要大力发 展隔热保温材料，广泛采用新型优质隔 热保温材料，对我国国防、经济建设的 健康、稳定发展具有重要的现实意义。
气凝胶隔热材料的优势－续
SiO2气凝胶是一种新型轻质纳米多孔材料， 具有低密度、高孔隙率、低热导率和低折 射率，是一种新型高效隔热保温材料。纳 米多孔SiO2气凝胶以其独特的结构可有效的 阻止热量的传输的，常温常压下热导率小 于0.013 W/m×K，比静止空气的热导率（ 0.026 w/k·m）还低，是目前热导率最低的 固体材料，可称为超级绝热材料. SiO2可在 高温下稳定工作，最高使用温度可达 1400℃，高温下不分解，无有害气体放出 ，属于绿色环保型材料
输油管道的截面比较
液化气的生产，储存，运输及分销示意图
石油的生产，运输及分销所需隔热材料的比较
气凝胶隔热材料在石化企业的应用
气凝胶复合材料应用在石油冶炼，储存和管道输送上
安装示意图
1
2
3
4
5
6
气凝胶复合材料应用在暖气管道上的效果图 1
一层6mm厚的气凝胶复合材料可使热水管的 温度从86度降到30度
最理想的新型节能和环保材料
——气凝胶
能源和环保的需要
能源 石油 (百万吨）
2000 年 （世界，%） 223.6 (6.3%)
2008 年 （世界，%） 375.7 （9.6%)
煤炭 （同等于百 667.4 (28.5%) 1406.3 (42.6%） 万吨石油)
二氧化碳排放量 6017.7 （2006） 9000 （2020）
气凝胶隔热材料的优势－续
纳米多孔SiO2气凝胶还具有极高的孔隙 率、极低的密度、极低的声传播速度、 极低的介电常数、极高的比表面积、透 明等优异性能，在热学、光学、声学、 微电子、石油化工、航空航天、节能建 筑等领域具复合材料 柔软 绝热
气凝胶的结构特点
气凝胶复合材料可很容易地铺在地板上
气凝胶复合材料可很容易地将整个外墙包起来
气凝胶复合材料可很容易地安装在内墙上
房屋隔热效果对比
太阳能收集板上的应用
具有高度透光率及低热导率的气凝胶对入射光几乎没有反 射损失，能有效的透过太阳光，因此气凝胶特别适合于用 作太阳能集热器及其它集热装置的保温隔热材料，当太阳 光透过气凝胶进入集热器内部，内部系统将太阳光的光能 转化为热能，气凝胶又能有效阻止热量流失。
原油传输
气凝胶已经应用于加拿大油田 20 mm 气凝胶等同于
102 mm polyurethane 降低资料运输成本 提高绝热效应
气凝胶
polyureane foam
气凝胶的市场个例-续
楼房建筑
Daylight window Basement Wall shielding
环境淨化
热阻系数 R （m2k/W) 0.44 0.48 0.52 0.52 0.65~0.70 0.63~0.88 0.63 0.97 1.10 0.76 0.97~1.20 1.76
气凝胶的市场个例
民用冰箱 在美国每年有 3 亿 平方英尺的绝热材料用于冰箱 消耗 20% 民有电量 主要绝热材料为 polyureane foam （R=0.63～0.97）, 有害环境（产生 温室効应， 破坏臭氧层， 然烧产生有毒物质） 使用气凝胶（R=1.76）可以提高绝热效果，节约能源，保护环境。
（百万吨）
超过美国
气凝胶
什么是气凝胶？
Samuel Stephens Kistler 1931年发明 最轻的固体：0.03 kg/m3 孔径率最高的纳米孔材料： 90%～99.8% 拥有最大比表面积： 200-1000 m2/g 热导率最低的固体材料：TC=12 mW/mK 隔热，透明， 憎水，防震， 隔音 化学性能稳定： 等同于玻璃 （SiO2)
• 高达99.5%的成分是空气 • 空气被困于纳米级孔穴中 • 被困空气的对流传导远低于自由空气
• 理想的绝热绝声材料
• 高达99.5%的孔径率 • 导致高达1000平方米/克的比表面积
• 理想的载体和高効吸附剂
气凝胶性能展示
气凝胶块状体
柔软型气凝胶复合体
气凝胶材料的生产工艺
气凝胶复合材料在地下管道上的应用
气凝胶复合材料可很容易地包裹在汽车的发动机上
气凝胶复合材料包裹在轮船的发动机和排气管上
气凝胶复合材料应用在高速列车上
气凝胶复合材料包裹在储油罐上
民用领域的应用
具有高度透光率并能有效阻止高温热辐 射的SiO2气凝胶可以用作太阳能集热器 及其它集热装置的保温隔热材料，大大 提高其实用性。用热导率极低的掺杂 SiO2气凝胶取代聚氨酯泡沫作为冰箱的 隔热材料. 还可以用作楼房建筑的保温， 隔音等,
Precursor
H2O Solvent
Catalyst
水解
成型
干燥
反应物
气凝胶材料
部分原料循环使用，反应工程无环境影响
气凝胶的应用领域
化工工业
建筑工业
石油工业
运输工业
原油泄漏
航空航天
国防
其他民用领域
气凝胶与其它隔热材料的对比
隔热材料
玻璃纤维 Perlite loose-fill Cardboard 纤维素 Molded expanded polystryrene (EPS) Extruded expanded polystryrene (XPS) Open-cell polyurethane spray foam Close-cell polyurethane spray foam Polyurethane rigid panel Polyisocyanuate spray foam Foil-faced Polyisocyanuate rigid panel 气凝胶
工业领域 的应用
在石化行业、化工行业和冶金行业中， 管道、炉窑及其它热工设备普遍存在， 用SiO2气凝胶及其复合材料替代传统的 保温材料对它们进行保温，可以大大减 少热能损失，提高热能利用率, 还可以用 作液态天然气罐和储油罐等, 以及汽车， 轮船，飞机等发动机，排气管的隔热
深海石油勘探的保温与隔热
改变世界的绿色材料
气凝胶隔热材料的优势
面对能源短缺问题，建设节约型社会， 减少热损失和能源浪费、提高热能利用 效率具有重要意义，这势必需要大力发 展隔热保温材料，广泛采用新型优质隔 热保温材料，对我国国防、经济建设的 健康、稳定发展具有重要的现实意义。
气凝胶隔热材料的优势－续
SiO2气凝胶是一种新型轻质纳米多孔材料， 具有低密度、高孔隙率、低热导率和低折 射率，是一种新型高效隔热保温材料。纳 米多孔SiO2气凝胶以其独特的结构可有效的 阻止热量的传输的，常温常压下热导率小 于0.013 W/m×K，比静止空气的热导率（ 0.026 w/k·m）还低，是目前热导率最低的 固体材料，可称为超级绝热材料. SiO2可在 高温下稳定工作，最高使用温度可达 1400℃，高温下不分解，无有害气体放出 ，属于绿色环保型材料
输油管道的截面比较
液化气的生产，储存，运输及分销示意图
石油的生产，运输及分销所需隔热材料的比较
气凝胶隔热材料在石化企业的应用
气凝胶复合材料应用在石油冶炼，储存和管道输送上
安装示意图
1
2
3
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气凝胶复合材料应用在暖气管道上的效果图 1
一层6mm厚的气凝胶复合材料可使热水管的 温度从86度降到30度
最理想的新型节能和环保材料
——气凝胶
能源和环保的需要
能源 石油 (百万吨）
2000 年 （世界，%） 223.6 (6.3%)
2008 年 （世界，%） 375.7 （9.6%)
煤炭 （同等于百 667.4 (28.5%) 1406.3 (42.6%） 万吨石油)
二氧化碳排放量 6017.7 （2006） 9000 （2020）
气凝胶隔热材料的优势－续
纳米多孔SiO2气凝胶还具有极高的孔隙 率、极低的密度、极低的声传播速度、 极低的介电常数、极高的比表面积、透 明等优异性能，在热学、光学、声学、 微电子、石油化工、航空航天、节能建 筑等领域具复合材料 柔软 绝热
气凝胶的结构特点
气凝胶复合材料可很容易地铺在地板上
气凝胶复合材料可很容易地将整个外墙包起来
气凝胶复合材料可很容易地安装在内墙上
房屋隔热效果对比
太阳能收集板上的应用
具有高度透光率及低热导率的气凝胶对入射光几乎没有反 射损失，能有效的透过太阳光，因此气凝胶特别适合于用 作太阳能集热器及其它集热装置的保温隔热材料，当太阳 光透过气凝胶进入集热器内部，内部系统将太阳光的光能 转化为热能，气凝胶又能有效阻止热量流失。
原油传输
气凝胶已经应用于加拿大油田 20 mm 气凝胶等同于
102 mm polyurethane 降低资料运输成本 提高绝热效应
气凝胶
polyureane foam
气凝胶的市场个例-续
楼房建筑
Daylight window Basement Wall shielding
环境淨化
热阻系数 R （m2k/W) 0.44 0.48 0.52 0.52 0.65~0.70 0.63~0.88 0.63 0.97 1.10 0.76 0.97~1.20 1.76
气凝胶的市场个例
民用冰箱 在美国每年有 3 亿 平方英尺的绝热材料用于冰箱 消耗 20% 民有电量 主要绝热材料为 polyureane foam （R=0.63～0.97）, 有害环境（产生 温室効应， 破坏臭氧层， 然烧产生有毒物质） 使用气凝胶（R=1.76）可以提高绝热效果，节约能源，保护环境。
（百万吨）
超过美国
气凝胶
什么是气凝胶？
Samuel Stephens Kistler 1931年发明 最轻的固体：0.03 kg/m3 孔径率最高的纳米孔材料： 90%～99.8% 拥有最大比表面积： 200-1000 m2/g 热导率最低的固体材料：TC=12 mW/mK 隔热，透明， 憎水，防震， 隔音 化学性能稳定： 等同于玻璃 （SiO2)