二氧化硅气凝胶的研究现状与应用(综述)解读
二氧化硅气凝胶的研究现状与应用(综述)
学 年 论 文题目: SiO 2气凝胶的研究现状与应用学 生: 房斯曼学 号: 200902010204院 (系):材料科学与工程学院专 业: 材 料 化 学指导教师: 李 翠 艳2012年 6 月 1 日SiO2气凝胶的研究现状与应用材化092 班###指导老师:李##(陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021)摘要:本文从二氧化硅的研究历史和现状出发,从制备方法、干燥工艺、性能与应用领域等方面综述了二氧化硅气凝胶的研究进展,并对二氧化硅气凝胶的发展前景进行了展望。
关键词:二氧化硅气凝胶,制备,干燥,应用Current Research and Applications of SilicaAbstract: The article reviewed the latest development and the history of the research of silica aerogel, summarized the progress of the silica aerogel research in the aspects of preparation methods, drying technologies, properties and current application. And the article also looks forward to the development prospect of silica aerogel.Keywords: silica aerogel, preparation, drying, application0 前言二氧化硅气凝胶是在保持胶体骨架结构完整的情况下,将胶体内溶剂干燥后的产物,它问世于1931年,美国科学家首先由斯坦福大学的S.S.Kistler制得了二氧化硅气凝胶。
1966年J.B.Peri利用硅酯经一步溶胶—凝胶法制备出氧化硅气凝胶,从而使材料的密度更低,进一步推动了气凝胶研究的进展。
2024年二氧化硅气凝胶市场发展现状
2024年二氧化硅气凝胶市场发展现状概述二氧化硅气凝胶是一种具有极高比表面积和孔隙结构的人造材料,具有优异的吸附性能和保温隔热特性。
近年来,随着全球环境污染问题的加剧和节能减排需求的增加,二氧化硅气凝胶市场得到了快速发展。
本文将对二氧化硅气凝胶市场的发展现状进行分析。
市场规模和趋势市场规模二氧化硅气凝胶市场的规模在过去几年中保持了快速增长的态势。
根据市场研究数据,2019年全球二氧化硅气凝胶市场规模达到了XX亿美元,并预计到2025年将达到XX亿美元。
市场趋势1. 绿色环保成为主流随着人们对环境保护意识的增强,绿色环保材料的需求不断增加。
二氧化硅气凝胶作为一种无毒、无污染、可循环利用的材料,受到了广泛关注。
在建筑、航空航天、电子通信等行业中,二氧化硅气凝胶被广泛应用于保温材料、吸附材料等领域。
2. 全球节能减排政策推动发展全球各国对节能减排的重视程度不断提高,相应的政策措施也逐渐完善。
二氧化硅气凝胶作为一种能够有效提高能源利用效率和减少能源消耗的材料,受到了政府的大力支持和鼓励。
这些政策的推动将进一步促进二氧化硅气凝胶市场的发展。
3. 技术创新推动行业进步在二氧化硅气凝胶市场中,技术创新是推动行业发展的重要动力。
近年来,相关企业在材料生产工艺、性能改进和应用领域等方面取得了突破性进展,推动了二氧化硅气凝胶市场的快速发展。
市场竞争情况主要厂商和产品目前,全球二氧化硅气凝胶市场具有较高的竞争度。
主要厂商包括公司A、公司B、公司C等。
这些企业通过不断创新、技术升级和市场拓展等手段,竞争力较强。
产品应用领域二氧化硅气凝胶在各个领域都有广泛的应用。
其中,建筑、航空航天、电子通信、汽车等行业是二氧化硅气凝胶的主要应用领域。
在建筑行业,二氧化硅气凝胶被应用于保温隔热材料、新能源建筑等领域;在航空航天领域,二氧化硅气凝胶被用作航空航天器保温材料;在电子通信领域,二氧化硅气凝胶广泛应用于电子元器件的保护和吸附等方面。
二氧化硅气凝胶在保温隔热领域中的应用
二氧化硅气凝胶在保温隔热领域中的应用摘要】气凝胶是一类纳米多孔材料,其内部孔隙由气体代替溶剂填充,孔隙率高、密度低,因此,其作为一种轻固体材料引起研究者极大的兴趣。
鉴于二氧化硅的材质和二氧化硅气凝胶纳米孔高气体填充率的特质,所以二氧化硅气凝胶固体和孔内气体导热率低,隔热性能优异,室温导热系数低至0.012W/(m·K)。
本文将介绍二氧化硅气凝胶的制备方法及在隔热领域中的应用进展。
【关键词】二氧化硅;气凝胶;保温隔热;领域应用一、二氧化硅气凝胶的性能特点气凝胶行业目前处在产业化大发展期,价格是最大瓶颈。
随着国家对建筑节能中“高效保温”与“防火安全”的高度重视,使得二氧化硅气凝胶在建筑节能领域中的更多应用成为可能。
和现有的保温材料相比,二氧化硅气凝胶保温隔热复合材料具有以下优异效果:①兼顾“高效保温”与“防火安全”。
②较好的透气性。
由于水泥石干燥收缩和固化时内部积存压力的共同作用,在固化后气凝胶与包裹的水泥基体有数微米的空隙改善水泥砂浆/混凝土内部毛细孔通道,且基体中含大量均匀分布的孔洞结构,透气性好。
③隔音效果佳。
由于二氧化硅气凝胶的低声速特性,用它制备的复合材料也还是一种较好的声学延迟或高温隔音材料,具备有效隔音的功能。
二、二氧化硅气凝胶在保温隔热领域中的应用(一)气凝胶粉体或颗粒由于气凝胶粉体材料不易成型,二氧化硅气凝胶粉末一般不单独作为保温隔热材料使用。
但是它可以作为功能结构材料的夹层,填充层使用;或者与其他材料复合和粘结作为保温隔热材料来使用。
二氧化硅粉末可以添加到某些涂料中,复合成为具有保温效果的保温隔热涂料。
河南工业大学何方等将二氧化硅气凝胶微球加入到纯丙乳液中,混合其他助剂制成二氧化硅气凝胶隔热涂料,并将它涂覆于普通马口铁基材上,制得隔热涂层。
所得的涂层表面光滑平整,附着力强,硬度好,耐水耐热性能较好,隔热性能突出,可以很好的满足隔热涂料的基本需要。
(二)气凝胶毡气凝胶毡是将二氧化硅气凝胶在湿溶胶阶段与纤维增强材料复合,然后经过凝胶和干燥制备得到气凝胶毡。
二氧化硅气凝胶的研究现状与应用解读
二氧化硅气凝胶的研究现状与应用解读首先,二氧化硅气凝胶的制备方法可以分为溶胶-凝胶法、超临界干燥法和模板法等。
溶胶-凝胶法是最常用的方法,通过水合胶体的成核、生长和凝胶化步骤制备气凝胶。
超临界干燥法是通过将溶胶凝胶体在超临界条件下进行干燥,得到具有高孔隙率和低表面积的气凝胶。
模板法是在胶体溶液中加入模板分子,通过模板的自组装和胶凝体的沉积制备气凝胶。
二氧化硅气凝胶的应用领域十分广泛。
首先,在能源领域,二氧化硅气凝胶具有优异的隔热性能和孔结构,可用于制备超级电容器和锂离子电池的电解质和隔热层。
其次,在环境污染治理方面,二氧化硅气凝胶具有高吸附性能和可控的孔结构,可用于吸附和分离有机染料、重金属离子和有害气体等。
此外,二氧化硅气凝胶还可用于催化剂的载体、气相催化反应的催化剂和光催化材料的制备。
在生物医学领域,二氧化硅气凝胶因其生物相容性和孔隙结构可用于药物缓释、组织工程、抗菌和生物传感器等。
最后,在传感器领域,二氧化硅气凝胶作为传感器的敏感材料具有高灵敏度、选择性和稳定性,可用于检测环境污染物、生物标志物和爆炸物等。
目前,二氧化硅气凝胶的研究重点主要集中在以下几个方面。
首先,通过调控溶胶-凝胶法、超临界干燥法和模板法等制备方法,改善气凝胶的孔结构和特性。
其次,通过表面修饰、包覆和掺杂等方法,提高气凝胶的吸附性能、光催化性能和生物相容性。
此外,研究者还致力于开发新型的气凝胶材料,如有机-无机复合材料和纳米复合气凝胶材料等。
最后,将二氧化硅气凝胶与其他材料结合使用,如聚合物、金属和碳材料等,以进一步拓展其应用领域和提高性能。
综上所述,二氧化硅气凝胶具有广泛的应用前景,并且在能源储存、环境污染治理、生物医学和传感器等领域已取得了一系列研究进展。
随着制备方法的改进和表面修饰的优化,二氧化硅气凝胶有望在更多领域发挥重要作用。
2024年超微细二氧化硅气凝胶市场前景分析
2024年超微细二氧化硅气凝胶市场前景分析概述本文将对超微细二氧化硅气凝胶市场的前景进行分析。
首先,我们将介绍超微细二氧化硅气凝胶的定义和特性。
接着,我们将探讨超微细二氧化硅气凝胶的市场规模和增长趋势。
最后,我们将提供一些关于超微细二氧化硅气凝胶市场的发展前景的展望。
超微细二氧化硅气凝胶的定义和特性超微细二氧化硅气凝胶是一种高孔隙率,低密度的固态材料,由纳米级的二氧化硅颗粒组成。
其特点包括高比表面积、低热导率、良好的吸附性能和化学稳定性等。
超微细二氧化硅气凝胶的市场规模和增长趋势近年来,超微细二氧化硅气凝胶市场呈现出增长的趋势。
主要原因包括以下几个方面:1.能源领域的需求增加:超微细二氧化硅气凝胶具有优异的保温性能和吸附性能,被广泛应用于建筑和工业领域的保温材料和隔热材料。
2.环境污染治理的需求增加:超微细二氧化硅气凝胶具有良好的吸附性能,可以被用于空气和水处理领域,去除有害气体和重金属等污染物。
3.新兴应用的拓展:随着技术的发展和应用领域的拓宽,超微细二氧化硅气凝胶在医疗、电子、航空航天等领域也开始得到广泛应用。
根据市场研究,预计超微细二氧化硅气凝胶市场在未来几年将继续保持稳定增长的态势。
超微细二氧化硅气凝胶市场的发展前景展望虽然超微细二氧化硅气凝胶市场前景看好,但仍面临一些挑战和机遇:挑战1.竞争加剧:目前,超微细二氧化硅气凝胶市场存在许多竞争对手,市场竞争激烈,需要不断提高产品质量和降低成本。
2.技术瓶颈:超微细二氧化硅气凝胶的制备技术和应用技术还存在一些问题和限制,需要进一步研究和创新。
机遇1.新兴应用的拓展:超微细二氧化硅气凝胶在新兴领域的应用潜力广阔,例如纳米技术、医疗器械等,未来市场空间巨大。
2.可持续发展需求:随着社会对环境保护和可持续发展的要求日益增强,超微细二氧化硅气凝胶作为一种绿色材料具有巨大市场潜力。
在未来几年,超微细二氧化硅气凝胶市场有望继续保持稳定增长的态势,创造更多的商机和发展空间。
2023年二氧化硅气凝胶行业市场分析现状
2023年二氧化硅气凝胶行业市场分析现状二氧化硅气凝胶是目前市场上比较新兴的一种高性能材料,因其具有低密度、高孔隙率、优异的吸附性能等特点,被广泛应用于空气净化、噪声控制、热工装备和建筑材料等领域。
以下是对二氧化硅气凝胶行业市场分析的现状。
一、市场需求量持续增长随着人们环境保护意识的提高和生活水平的提升,对空气质量、噪声控制和能源保护的需求不断增加。
二氧化硅气凝胶具有出色的吸附能力,能够有效去除空气中的有害物质和噪声,提升室内环境质量。
同时,二氧化硅气凝胶还具有优异的保温性能,在节能减排方面也有广阔的应用前景。
因此,市场对二氧化硅气凝胶的需求量持续增长。
二、市场竞争激烈目前,二氧化硅气凝胶行业市场竞争激烈,主要有国内外大型化工企业和专业化生产厂家参与竞争。
这些企业利用自身的资源优势和技术实力,推出各种类型的二氧化硅气凝胶产品,以满足不同领域的需求。
同时,低端产品市场竞争激烈,价格战层出不穷,使得整个行业利润空间受到挤压。
因此,二氧化硅气凝胶企业需要加强技术创新和品牌建设,提高产品附加值,获得市场竞争优势。
三、技术创新是发展的关键目前,二氧化硅气凝胶技术和生产工艺还存在一定的技术难题,如制备工艺不稳定、产品质量不一致等。
因此,技术创新是二氧化硅气凝胶行业发展的关键。
一方面,企业需要加大研发投入,提高二氧化硅气凝胶的制备工艺和生产技术,提高产品的质量和性能。
另一方面,企业还需要不断创新,开发出更多应用领域的二氧化硅气凝胶产品,满足市场多样化的需求。
四、市场前景广阔二氧化硅气凝胶具有广阔的市场前景。
随着环境污染和能源问题的日益严重,人们对空气质量和能源保护的需求不断增加。
二氧化硅气凝胶作为一种环保、节能的高性能材料,将在空气净化、噪声控制、热工装备和建筑材料等领域得到广泛应用。
同时,随着科技的进步和人们对高性能材料需求的不断提升,二氧化硅气凝胶行业将迎来更加广阔的市场发展空间。
综上所述,二氧化硅气凝胶行业市场需求量持续增长,市场竞争激烈,技术创新是发展的关键,市场前景广阔。
二氧化硅气凝胶综述讲解学习
二氧化硅气凝胶简介气凝胶(aerogels)通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构,并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。
气凝胶是一种固体,但是99%都是由气体构成,外观看起来像云一样。
气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量,有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。
最常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶。
SiO2气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料,其孔隙率高达80-99.8%,孔洞的典型尺寸为1-100 nm,比表面积为200-1000 m2/g,而密度可低达3 kg/m3,室温导热系数可低达0.012 W/(m•k)。
正是由于这些特点使气凝胶材料在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有很广阔的应用潜力。
一、气凝胶发展历史早在1931年,Steven.S.Kistler就开始研究气凝胶。
他最初采用的方法是用硅酸钠水溶液进行酸性浓缩,用超临界水再溶解二氧化硅,用乙醇交换孔隙中的水后,利用超临界流体干燥技术制成了最初的真正意义上的气凝胶。
这种材料的特点是透明、低密度、高孔隙率。
但受当时科研手段的限制,这种材料的研制并没有引起科学界的重视。
上世纪七十年代,在法国政府的支持下,Stanislaus Teichner在寻找一种用于存储氧和火箭燃料的多孔材料的过程中,找到一种新的合成方法,即把溶胶- 凝胶化学方法用于二氧化硅气凝胶的制备中。
这种方法推动了气凝胶科学的发展。
此后,气凝胶科学和技术得到了快速发展。
1983年Arlon Hunt 在Berkeley 实验室发现可用更安全、更廉价的二氧化硅气凝胶制作方法。
与此同时,微结构材料研究小组发现可用具有更低临界温度和临界压力的二氧化碳超临界流体取代乙醇作为超临界干燥的流体,使得超临界干燥技术得以向实用化阶段迈进。
八十年代后期,Larry Hrubesh 领导的研究者在Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) 制备了世界上最轻的二氧化硅气凝胶,密度是0.003 g/cm 3,仅有空气的3倍。
中国二氧化硅气凝胶行业市场供需分析
中国二氧化硅气凝胶行业市场供需分析一、二氧化硅气凝胶行业概况气凝胶是具有纳米尺度的相连骨架和孔结构的一类凝胶结构,其中以二氧化硅气凝胶的产业化与应用最为成熟。
气凝胶的密度很小,一般为3-250mg/cm3,是已知最轻的材料之一。
气凝胶中含有大量平均孔径多在50nm以下的介孔,比表面积为500-1000m2/g,孔隙率可达到99%。
二氧化硅气凝胶的特性包括隔热性、隔音性、非线性光学性质、过滤与催化性质、折射率可调性等。
随着人们对二氧化硅气凝胶研究的深入,气凝胶制备及应用有了许多新的发展。
目前,二氧化硅气凝胶的主要制备方法就是通过溶胶凝胶方法先得到SiO2凝胶,再经过干燥可得到二氧化硅气凝胶。
溶胶凝胶制备二氧化硅凝胶因为受到很多因素的影响,在不同的制备因素下所得到的气凝胶性能会有所影响。
SiO2气凝胶行业产业链包括上游直接材料、人工费用以及制造费用等,中游行业主要以制造和销售为主。
SiO2气凝胶下游主要集中在建筑、军工领域。
SiO2气凝胶原材料包括二氧化硅、水玻璃、硅溶胶、硅醇盐及其他原材料。
2016年开始,气凝胶材料被国家发改委列入国家重点节能低碳技术推广目录,至此,多生开始将气凝胶材料纳入省事重点发展方向。
二、中国二氧化硅气凝胶产销现状我国气凝胶行业主要以中低端初级产品为主,大部分气凝胶行业企业生产产品为气凝胶粉体颗粒,气凝胶复合材料生产难度大,产能有限。
根据《2020-2026年中国SiO2气凝胶行业发展动态分析及未来发展前景报告》数据显示:我国二氧化硅气凝胶生产主要集中在东部和西部地区,其中广东、上海、浙江以民用隔热为主,西部地区以军用隔热为主。
2019年我国气凝胶材料产量为7.82万立方米,国内气凝胶制品产量从2014年的1.05万吨增长至2019年的9.84万吨。
气凝胶作为被全世界科学界广泛关注的新材料,吸引着世界各国科学家倾力研究。
科学家们发现气凝胶可使众多行业、学科产生质的飞跃,在力学、声学、热学、光学、化学、物理学等方面均有独特的优良性质,二氧化硅气凝胶具有优质的隔音隔热效果,同时材料环保特征明显,促使下游建筑、电子等领域需求大幅提升。
2024年中国超微细二氧化硅气凝胶专项调研及未来五年投资前景分析报告
摘要:本报告通过对中国超微细二氧化硅气凝胶行业的专项调研,分析了行业的现状、发展趋势和未来五年的投资前景。
根据调研结果,报告预测中国超微细二氧化硅气凝胶行业将保持快速增长,未来五年的投资前景广阔。
一、行业现状目前,中国超微细二氧化硅气凝胶行业呈现出快速增长的态势。
随着人们对环境保护需求的不断增加,超微细二氧化硅气凝胶在建筑、环境保护、能源等领域得到了广泛应用。
很多企业也开始加大研发投入,推出更多品种和规格的超微细二氧化硅气凝胶产品。
二、发展趋势1.技术创新:随着行业的不断发展,企业对产品的技术创新意识越来越强。
超微细二氧化硅气凝胶的研发团队不断改进产品性能,提高制备工艺,增加产品的应用范围和市场竞争力。
2.市场需求:随着人们对环境保护意识的提高,超微细二氧化硅气凝胶在建筑、环境保护、能源等领域的应用需求不断增加。
特别是在能源领域,随着新能源的快速发展,超微细二氧化硅气凝胶有望成为节能环保新材料的重要组成部分。
3.政策支持:国家对环境保护和节能减排的政策力度越来越大,对超微细二氧化硅气凝胶行业提供了良好的政策支持和市场机遇。
政府鼓励企业加大研发投入,推动技术进步,提高产品的质量和性能。
三、未来五年投资前景分析根据对行业发展趋势的分析,未来五年中国超微细二氧化硅气凝胶行业的投资前景广阔。
主要表现在以下几个方面:1.市场需求增长:随着人们对环境保护需求的不断增加,超微细二氧化硅气凝胶在建筑、环境保护、能源等领域的市场规模将继续扩大。
预计未来五年,行业的年复合增长率将保持在15%以上。
2.技术进步:随着企业加大研发投入,超微细二氧化硅气凝胶的性能将不断提高,广泛应用于新能源、节能环保等领域。
这将带来更多的市场机遇和利润空间。
3.政策支持:国家对环境保护、节能减排的政策支持将继续加大,为超微细二氧化硅气凝胶行业的快速发展提供了有利条件。
政府将加强对行业的监管,促进行业的健康发展。
综上所述,中国超微细二氧化硅气凝胶行业的未来五年投资前景非常乐观。
2023年二氧化硅气凝胶行业市场调研报告
2023年二氧化硅气凝胶行业市场调研报告一、行业概述二氧化硅气凝胶是一种新型的多孔固体材料,具有极强的吸附性能、优良的绝热性能和低密度等优点。
它的应用领域十分广泛,如建筑、汽车、航空航天、石油化工等,是目前最为受关注的高性能材料之一。
二氧化硅气凝胶的生产及其应用已得到快速发展,成为新兴的高科技产业。
二、市场概况二氧化硅气凝胶市场的主要消费领域是建筑和汽车行业。
以建筑业为例,随着人们生活水平的提高,对建筑节能、隔音、保温等要求也越来越高,而二氧化硅气凝胶可以满足这些要求。
自2014年以来,中国的楼市开始增长,因此二氧化硅气凝胶市场迎来了机遇。
2015年,中国二氧化硅气凝胶市场规模达到了320亿元,同比增长34%。
预计到2020年,中国二氧化硅气凝胶市场规模将达到800亿元。
三、技术概况目前,二氧化硅气凝胶生产主要有三种方法:溶胶-凝胶法、超临界干燥法和表面改性法。
其中,溶胶-凝胶法是二氧化硅气凝胶制备的最主流方法,其优点是可以控制二氧化硅气凝胶的孔径大小和孔隙率,具有较好的稳定性。
四、市场前景随着能源危机和环保意识的提高,建筑行业和汽车行业对二氧化硅气凝胶的需求将会不断增长。
而近年来,纳米科技、微电子技术和新材料技术的不断推进,也有助于二氧化硅气凝胶的应用领域扩大和产业链完善。
预计未来五年,二氧化硅气凝胶的市场需求将继续保持较快的增长趋势,市场规模将有望达到1200亿元。
五、市场竞争分析目前,我国二氧化硅气凝胶市场竞争比较激烈,主要的厂商有航天材料和技术研究院、青岛泰鑫等。
航天材料和技术研究院是国内二氧化硅气凝胶的技术领军者,其产品占据了国内市场的85%以上。
青岛泰鑫则是国内应用二氧化硅气凝胶的领导企业之一,其产品远销海内外。
六、结论二氧化硅气凝胶作为一种新兴的高科技产业,市场竞争激烈,未来市场需求将继续保持较快的增长趋势。
在未来竞争中,产品质量和技术创新将成为企业立足的关键,企业应致力于提高技术水平和产品质量,扩大市场影响,加强品牌建设,提高市场份额。
2024年超微细二氧化硅气凝胶市场发展现状
2024年超微细二氧化硅气凝胶市场发展现状引言超微细二氧化硅气凝胶是一种具有高比表面积及多孔结构的材料,具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和人们对环境污染的关注,超微细二氧化硅气凝胶市场正快速发展。
本文将对超微细二氧化硅气凝胶市场的现状、发展趋势以及主要应用领域进行分析。
超微细二氧化硅气凝胶市场现状截至2021年,超微细二氧化硅气凝胶市场规模已经达到了XX亿美元。
市场主要受到环保产业的推动,特别是汽车、建筑和能源行业的需求。
超微细二氧化硅气凝胶具有优秀的隔热性能和吸附性能,因此在汽车制造和建筑材料中得到了广泛应用。
此外,超微细二氧化硅气凝胶还可用于能源行业,用于热电转换和储能装置。
超微细二氧化硅气凝胶市场的发展趋势随着人们对环境保护的重视程度不断增加,超微细二氧化硅气凝胶市场预计将继续增长。
市场的主要驱动因素包括:1.环保法规的加强:各国政府正在加强对环境污染的监管,要求企业采用更环保的材料和技术。
超微细二氧化硅气凝胶作为一种低污染、可再生材料,将在环保法规的推动下迎来更大的发展机遇。
2.科技创新的推动:随着科技的不断进步,超微细二氧化硅气凝胶的制备工艺和性能得到了不断优化。
新的制备方法以及与其他材料的复合应用将进一步拓宽超微细二氧化硅气凝胶的应用领域。
3.新兴市场的需求增长:亚洲和南美洲等新兴市场的发展带动了超微细二氧化硅气凝胶的需求增长。
尤其是中国和印度等国家在汽车和建筑行业的崛起,将为市场提供巨大的机会。
超微细二氧化硅气凝胶的应用领域超微细二氧化硅气凝胶在各个领域都有广泛的应用:1.汽车行业:超微细二氧化硅气凝胶可用于汽车隔音和隔热材料,大幅度提高车内的舒适性,并减少能源的消耗。
2.建筑行业:超微细二氧化硅气凝胶可用于建筑隔热材料和节能材料,提高建筑物的能源利用效率。
3.能源行业:超微细二氧化硅气凝胶可用于热电转换和储能装置,提高能源的利用效率和储存效率。
4.电子行业:超微细二氧化硅气凝胶可用于电子产品的隔热材料和吸音材料,提高电子产品的性能和使用寿命。
二氧化硅气凝胶的研究现状及应用探微
二氧化硅气凝胶的研究现状及应用探微作者:李亚茹来源:《科学导报·学术》2020年第12期摘; 要:二氧化硅气凝胶因为其特殊的结构赋予了该物质隔热性能强、整体密度小、传声速率低、物质表面积大等独特的性能,所以在我国的工业生产领域二氧化硅气凝胶有着广泛的应用前景。
本文中主要研究了二氧化硅气凝胶的研究现状及应用微探,文中首先分析了二氧化硅气凝胶的定义及结构特性,然后对现阶段二氧化硅气凝胶的研究现状进行分析。
最后结合实际情况,对二氧化硅气凝胶在市场上的应用前景进行阐述,来为我国二氧化硅气凝胶的应用提供一些参考意见。
关键词:二氧化碳气凝胶,结构特性,研究现状,应用探微引言目前随着我国社会经济的不断发展,我国工业化生产的规模和资源开发的力度也在随之增强,而这就给我国带来能源紧缺和资源利用率下降等问题,这就严重的影响我国当前社会可持续发展目标的进程。
因此在现阶段的工业生产中节能减排降耗是生产中的重要目标之一,也是为保持社会可持续发展的重要基础。
一、二氧化硅气凝胶的定义及结构特性(1)气凝胶的基本定义气凝胶主要是指工业生产中一种多孔网状结构的固体凝胶材料,该材料与传统的材料不同,材料在使用过程中由于内部充满着空气,所以其密度较低,并具有较好的隔热和隔声功能。
1931 年,Kistler 以水玻璃制得了二氧化硅湿凝胶,后经溶剂替换和乙醇超临界干燥的方法,从而获得了二氧化硅气凝胶[1]。
这种呈半透明蓝色状态的气凝胶,由于质量超轻所以也被相关科研人员称之为“固态的烟”。
(2)二氧化硅气凝胶的结构特点及性质气凝胶是一种具有超高孔隙率的三维纳米多孔材料。
该物质的分子模式主要是由一群直径在3~8 nm左右的初级粒子通过互相团簇构成基本骨架。
而由初级粒子所构成的基本骨架具有极少的热量传导路径,同时由于二氧化硅凝胶的分子结构是由三维网状结构组成因此在相对程度上便延长了热量的传播路径,从而使分子的热阻值增大。
在有关研究中我们发现,二氧化硅气凝胶的表面密度大约在0.03~0.35g/cm³,二氧化硅气凝胶的比表面积在600~1000m²/g,二氧化硅气凝胶的平均孔径在20 nm左右,二氧化硅气凝胶的平均孔隙率在98%,二氧化硅气凝胶的导热系数在0.013-0.021W/m.k,由于二氧化硅气凝胶其独特的物理参数和三维结构,从而赋予了气凝胶具有许多固态物质所不具有的物理性能,例如低折射率、低热导率、低介电常数、低声阻抗等[2-3]。
二氧化硅气凝胶应用
二氧化硅气凝胶应用一、引言二氧化硅气凝胶是一种低密度多孔、高比表面积的材料,具有许多独特的性质和应用潜力。
本文将深入探讨二氧化硅气凝胶的应用领域、制备方法以及未来发展方向。
二、二氧化硅气凝胶的应用领域2.1 隔热材料由于其低密度、高比表面积和良好的热隔离性能,二氧化硅气凝胶广泛应用于隔热材料领域。
例如,在建筑领域中,将二氧化硅气凝胶用作隔热板材,可以显著提高建筑物的保温性能。
此外,二氧化硅气凝胶也可用于制造隔热窗户、冷却设备等。
2.2 吸附材料二氧化硅气凝胶具有大量的毛细管结构和孔隙,因此能够表现出优异的吸附性能。
它可以应用于气体吸附、水吸附、有机物吸附等多个领域。
例如,在环境保护方面,可以使用二氧化硅气凝胶来吸附和去除水中的重金属离子。
在工业化学中,二氧化硅气凝胶被广泛应用于气体分离和纯化。
2.3 治疗药物传递系统由于其大孔隙和高比表面积,二氧化硅气凝胶能够有效地吸附和储存药物分子。
这使其成为一个理想的药物传递系统载体。
通过调整制备方法和表面修饰,可以控制药物的缓释性能。
因此,二氧化硅气凝胶被广泛用于制备控释药物、肿瘤治疗和生物传感器等领域。
2.4 光学应用二氧化硅气凝胶因其高透明度和低折射率而在光学领域得到广泛应用。
例如,它可以用于制备光学传感器、光学涂层和光学波导器件。
二氧化硅气凝胶还可以用作光学波导介质和光纤输入/输出接口,具有良好的耐热性和机械稳定性。
三、二氧化硅气凝胶的制备方法3.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备二氧化硅气凝胶最常用的方法之一。
其基本步骤包括溶胶制备、凝胶形成、干燥和热处理。
该方法具有简单、成本低、可大规模生产等优点。
3.2 模板法模板法是通过使用模板或模具,使二氧化硅在模板中形成孔隙结构。
该方法可以制备出具有特定孔径和孔隙分布的二氧化硅气凝胶。
常用的模板包括聚合物微球、胶体晶体等。
3.3 超临界干燥法超临界干燥法是通过在超临界条件下将湿凝胶转变为气体,从而实现气凝胶的制备。
2023年超微细二氧化硅气凝胶行业市场发展现状
2023年超微细二氧化硅气凝胶行业市场发展现状超微细二氧化硅气凝胶是以硅酸盐为原料,通过特殊工艺加工制作而成的一种高分子材料,具有极高的表面积、孔隙率和吸附性能。
它被广泛应用于热水瓶、冰箱、冷柜、汽车、飞机等领域的保温隔热材料、涂料和吸附剂等。
市场需求增加近年来,随着人们对环境保护和节能减排的意识日益增强,超微细二氧化硅气凝胶得到了广泛的应用和推广。
随着技术的发展和消费市场的日益成熟,超微细二氧化硅气凝胶的市场需求正在逐年增加。
据不完全统计,国内超微细二氧化硅气凝胶的市场规模近年来持续增长,已接近数亿美元。
三大应用领域超微细二氧化硅气凝胶的应用领域广泛,主要集中在以下三个方向:1.建筑领域随着建筑业的快速发展,要求采用环保材料建造的需求逐年攀升,并且建筑保温隔热材料市场逐渐成熟。
超微细二氧化硅气凝胶由于其高性能的保温隔热性能,成为当前建筑保温隔热材料市场中一种备受青睐的保温材料。
在建筑内外墙、屋顶等保温材料中广泛应用,相较于传统保温材料更为环保,效果也更佳。
2.家电电器超微细二氧化硅气凝胶由于它的优异吸附性能,可以作为高端家电、电器密封件降噪材料、压缩机、热水器和空调器等的降噪防震材料,对降低运行噪音、提高产品效率和提升品牌价值具有积极的推动作用。
3.汽车行业汽车领域对能源和材料起着越来越高的要求,超微细二氧化硅气凝胶往往用作汽车隔热和降噪材料。
特别是电动汽车的兴起,要求汽车隔热、保温和降噪等方面的材料提高其综合性能,因此超微细二氧化硅气凝胶的市场需求不断上升。
发展前景看好从目前市场现状来看,超微细二氧化硅气凝胶的需求持续增长,市场前景看好。
在未来,随着产品的技术创新、本地生产和成本控制的不断提高,超微细二氧化硅气凝胶将成为一种材料市场最具竞争力领域之一,并得到更广泛的应用。
2024年超微细二氧化硅气凝胶市场环境分析
2024年超微细二氧化硅气凝胶市场环境分析一、市场概况超微细二氧化硅气凝胶是一种具有高比表面积和多孔结构的纳米材料,广泛应用于能源存储、环境治理、医疗保健等领域。
本文将对超微细二氧化硅气凝胶市场的发展环境进行分析。
二、市场需求分析1. 环境治理需求随着人们环保意识的增强,超微细二氧化硅气凝胶在环境治理中的需求越来越大。
其具有优异的吸附性能,能有效去除空气中的有害气体和颗粒物,净化空气质量。
2. 能源存储需求能源存储是未来发展的重要方向,而超微细二氧化硅气凝胶因其高比表面积和较低的电阻率,在锂离子电池等领域具有广泛应用前景。
这种材料可以提高电池的能量密度和充放电速度,满足人们对高效能源存储的需求。
3. 医疗保健需求超微细二氧化硅气凝胶在医疗领域的应用也越来越受到关注。
它具有良好的生物相容性和药物控释性能,可以用于药物传递、人工器官支架等方面。
随着人口老龄化的加剧,医疗保健领域对超微细二氧化硅气凝胶的需求将进一步增加。
三、市场竞争分析1. 市场竞争格局目前,超微细二氧化硅气凝胶市场竞争激烈,主要的竞争对手包括国内外知名制造商和研究机构。
在国内市场,一些大型企业已建立了相对成熟的生产线,具备一定的市场份额。
国外市场上,一些跨国公司拥有先进的生产技术和研发实力,占据着较大的市场份额。
2. 技术创新与研发投入超微细二氧化硅气凝胶市场对技术创新和研发投入要求较高。
制造商需要不断改进生产工艺和提高产品性能,以满足不断增长的市场需求。
研发机构则需要加大对新材料和新应用领域的研究,为市场提供更具竞争力的产品。
3. 行业标准与法规政策行业标准和法规政策对超微细二氧化硅气凝胶市场的发展起到重要的引导作用。
制造商需要遵守相关的质量标准和安全要求,确保产品质量和用户安全。
政府也在加强对环境保护和能源存储等领域的监管,对市场提出更高的要求。
四、市场前景展望超微细二氧化硅气凝胶具有广阔的市场前景,未来有望在环境治理、能源存储、医疗保健等领域实现更广泛的应用。
二氧化硅气凝胶的生产及应用现状
二氧化硅气凝胶的生产及应用现状二氧化硅气凝胶是一种具有广泛应用前景的新型材料,其独特的物理和化学性质使其在许多领域具有重要应用。
本文将介绍二氧化硅气凝胶的生产工艺、应用领域、现状分析以及创新点,以全面了解其重要性和应用价值。
二氧化硅气凝胶的生产工艺主要包括以下三种:溶胶-凝胶法:将硅酸盐溶液通过物理或化学作用形成凝胶,然后进行热处理得到二氧化硅气凝胶。
该工艺操作简单,但生产周期较长,成本较高。
直接合成法:在高温高压条件下,通过气相反应直接合成二氧化硅气凝胶。
该工艺具有生产周期短、成本低等优点,但需要严格的反应条件和设备。
模板法:利用特定模板剂的作用,在凝胶网络中引入孔洞,然后去除模板剂并热处理得到二氧化硅气凝胶。
该工艺操作简单,但需要选择合适的模板剂并严格控制模板剂的用量。
二氧化硅气凝胶在许多领域具有重要应用,以下是其中几个领域:空气净化:二氧化硅气凝胶具有很高的比表面积和孔容,可以吸附和过滤空气中的有害物质,如甲醛、苯等有机挥发性气体。
隔音:二氧化硅气凝胶具有很好的隔音效果,可以被应用于建筑、交通工具等领域的隔音材料。
隔热:二氧化硅气凝胶具有很高的热导率,可以被应用于隔热材料中,如航天器、高温炉等高温领域。
结构加固:二氧化硅气凝胶具有很好的强度和稳定性,可以作为结构加固材料应用于土木工程、石油化工等领域。
目前,二氧化硅气凝胶的生产和应用仍处于不断发展和完善阶段。
在市场前景方面,随着人们对环保和节能要求的不断提高,二氧化硅气凝胶的市场需求将会持续增长。
在竞争格局方面,尽管国内外有许多企业都在研究和生产二氧化硅气凝胶,但大多数企业规模较小,技术水平不高,缺乏核心竞争力。
在技术水平方面,二氧化硅气凝胶的生产工艺仍存在生产周期长、成本高等问题,需要进一步优化和改进。
为了推动二氧化硅气凝胶的发展和应用,以下创新点值得:新型生产工艺:探索新型的二氧化硅气凝胶生产工艺,降低生产成本,提高产量和品质。
复合材料:将二氧化硅气凝胶与其他材料复合,制备出具有更多功能的复合材料,以满足不同领域的需求。
2023年二氧化硅气凝胶行业市场发展现状
2023年二氧化硅气凝胶行业市场发展现状二氧化硅气凝胶是由二氧化硅成分制成的一种高性能材料,具有优异的绝热、吸附、防水、防火等物理性能。
因其广泛的应用领域,市场需求不断增长,推动了二氧化硅气凝胶行业的发展。
本文将就二氧化硅气凝胶行业市场发展进行分析。
一、行业现状1.市场类型目前,二氧化硅气凝胶所适用的市场包括建筑材料市场、工业材料市场、消费品市场等。
其中,建筑材料市场是二氧化硅气凝胶的主要应用领域,主要用作建筑保温材料、隔热材料等。
2.技术水平随着技术的发展和市场需求的增长,二氧化硅气凝胶的制备工艺、生产设备、品质控制等方面不断改进完善,技术水平逐步提高。
目前,我国二氧化硅气凝胶制备技术在全球处于领先水平。
3.市场份额目前,国内二氧化硅气凝胶市场主要集中在少数几家大型企业手中,市场份额比较集中。
其中,北京盛源化工、青岛美岐斯新材料科技、江苏城市新材料等企业历史悠久、规模较大,拥有较强的市场竞争力。
二、市场发展趋势1.应用拓展随着社会对节能环保的要求越来越高,二氧化硅气凝胶逐步成为建筑、装饰、交通、军事、电子等领域必不可少的高性能材料。
未来,随着技术的完善和市场需求的拓展,其应用领域更广泛。
2.市场竞争目前,二氧化硅气凝胶行业市场份额较少,但市场前景广阔,在未来的市场竞争将会更加激烈。
企业要提升自身技术水平、产品品质和品牌影响力,进一步享受市场红利。
3.国际化发展随着二氧化硅气凝胶技术水平的提高和市场需求的不断增长,国内企业的“走出去”和国际市场的占有率将会逐步提高。
企业要注重技术研发和品质控制,打造世界级的二氧化硅气凝胶品牌。
三、发展建议1. 改善行业布局目前,国内二氧化硅气凝胶行业市场份额较为集中,相关企业可以进一步优化行业布局,促进市场竞争,避免重复建设和无效投资。
2. 加强研发创新二氧化硅气凝胶行业市场需求日益增长,企业要注重技术研发和创新,借助新技术、新工艺提高产品品质和竞争力,以满足市场需求。
二氧化硅气凝胶研究
二氧化硅气凝胶研究二氧化硅气凝胶研究引言:气凝胶是一种具有微孔结构和高比表面积的纳米材料,由于其独特的性质和多样化的应用前景,近年来得到了广泛的研究和应用。
其中,二氧化硅气凝胶作为一种典型的气凝胶材料,具有非常重要的地位。
本文将围绕二氧化硅气凝胶的研究进行探讨。
一、二氧化硅气凝胶的基本特性二氧化硅气凝胶是由二氧化硅的三维网络结构和空隙组成,具有低密度、高比表面积、低热导率、良好的吸附性能等特点。
其孔径可控,比表面积可达到500-1000m²/g,而且具有很好的化学稳定性、热稳定性和机械强度,这些特性使得二氧化硅气凝胶在各个领域具有广泛的应用。
二、二氧化硅气凝胶的制备方法制备二氧化硅气凝胶的方法多种多样,常见的包括溶胶-凝胶法、超临界干燥法、热解法和熔融凝胶法等。
其中,溶胶-凝胶法是最常用的方法之一。
该方法通过溶胶和凝胶的形成,控制溶胶粒子的大小和凝胶的微观结构,从而得到具有理想性能的二氧化硅气凝胶。
超临界干燥法则是利用临界点以下的温度和压力条件,将液体中的溶剂转变为气态,从而得到空隙结构丰富的气凝胶。
热解法和熔融凝胶法则是通过对一定原料进行热处理,形成二氧化硅热解产物并得到气凝胶。
三、二氧化硅气凝胶的应用领域由于二氧化硅气凝胶具有低密度、高比表面积和良好的吸附性能等特性,其在各个领域都有着重要的应用价值。
在能源领域,二氧化硅气凝胶被用作蓄热材料、隔热材料和吸附材料,可有效提高太阳能电池的转化效率、减少建筑物能源损耗。
在环境领域,二氧化硅气凝胶可用作吸附剂和催化剂,对有害气体和重金属污染物有良好的去除效果。
在生物医学领域,二氧化硅气凝胶被广泛应用于药物缓释、组织工程、生物传感器等方面,可有效改善药物治疗的效果,促进组织再生和健康检测。
在电子领域,二氧化硅气凝胶可用于制备电容器、传感器、光学器件等,因其低介电常数和高比表面积,有助于提高电子元件的性能。
结尾:综上所述,二氧化硅气凝胶的研究对于提高材料性能、改善能源利用效率和解决环境问题具有重要意义。
2023年SIO2气凝胶行业市场分析现状
2023年SIO2气凝胶行业市场分析现状SIO2气凝胶是一种具有低密度、良好热隔绝性能和优良吸声性能的新材料。
目前,SIO2气凝胶已被广泛应用于建筑、航空航天、石油化工等领域。
本文将对SIO2气凝胶行业市场进行分析,包括现状和未来发展趋势。
一、SIO2气凝胶行业市场现状1. 行业规模:目前,中国SIO2气凝胶行业已初具规模,市场规模逐渐扩大。
根据统计数据显示,2019年我国SIO2气凝胶市场规模达1.2亿元。
2. 应用领域广泛:SIO2气凝胶具有优良的隔热、隔声、吸湿、阻燃等性能,在建筑、航空航天、石油化工等领域得到广泛应用。
其中,建筑领域是SIO2气凝胶的主要应用领域,用于热隔离、隔音等功能。
此外,在航天航空领域,SIO2气凝胶也被用作航天器隔热材料。
3. 技术水平提升:SIO2气凝胶的研发与应用依赖于高水平的技术,目前我国在SIO2气凝胶技术方面已取得较大进展。
一些科研机构和企业已实现了一定规模的生产,并取得了一些科研成果。
随着技术水平的提升,SIO2气凝胶的性能将进一步优化,市场前景广阔。
二、SIO2气凝胶行业市场未来发展趋势1. 市场需求持续增长:随着人们对环保、节能的关注度提高,SIO2气凝胶作为一种环保、高效的隔热材料受到越来越多的关注。
建筑行业对于节能减排的要求日益严格,SIO2气凝胶作为一种优秀的隔热材料,其市场需求将持续增长。
2. 技术创新推动市场发展:目前,我国在SIO2气凝胶的研发与应用方面已取得了一定进展,但与国外相比仍有差距。
未来,我国应加强技术研发,加大对SIO2气凝胶技术的投入,提升产品性能,满足市场需求。
3. 发展与应用结合:SIO2气凝胶作为一种具有广泛应用前景的新型材料,未来的发展与实际应用紧密相连。
在产品开发中,应根据市场需求,对SIO2气凝胶的性能进行针对性的优化,并将其应用于不同领域,推动市场发展。
4. 国际合作与交流:SIO2气凝胶是一种具有国际竞争力的高新技术材料,国际市场对于SIO2气凝胶的需求也在不断增加。
2023年超微细二氧化硅气凝胶行业市场研究报告
2023年超微细二氧化硅气凝胶行业市场研究报告超微细二氧化硅气凝胶是一种具有高比表面积、低密度、高孔隙率和优异吸湿性能的材料,广泛应用于各个领域,包括医疗保健、建筑材料、生物工程、环境保护等。
本文将对超微细二氧化硅气凝胶行业的市场进行研究分析。
一、市场规模和增长趋势目前,超微细二氧化硅气凝胶市场呈现出快速增长的趋势。
据统计,2019年全球超微细二氧化硅气凝胶市场规模达到了XX亿元,预计到2025年将达到XX亿元。
这主要得益于超微细二氧化硅气凝胶在各个行业的广泛应用和不断推广。
二、市场驱动因素超微细二氧化硅气凝胶市场的快速增长受到以下几个方面的驱动因素:1. 环境保护需求:超微细二氧化硅气凝胶具有优异的吸湿性能和良好的悬浮剂特性,可以有效吸附大气中的有害物质和甲醛等有害气体,对于改善室内空气质量起到了重要作用。
2. 能源保护需求:超微细二氧化硅气凝胶具有低密度和高孔隙率的特性,可以作为优良的绝热材料,被广泛应用于建筑材料等行业,可以有效减少热能的散失和能源浪费。
3. 医疗保健需求:超微细二氧化硅气凝胶具有极高的比表面积和孔隙结构,可以作为药物载体用于控释药物和治疗肿瘤等领域,受到医疗保健领域的重视。
4. 新能源产业发展:超微细二氧化硅气凝胶作为锂离子电池的重要组成部分,广泛应用于新能源汽车、太阳能等领域。
三、市场竞争格局和主要企业目前,国内外超微细二氧化硅气凝胶市场竞争激烈,主要企业有:1. 先进材料公司:先进材料公司是全球超微细二氧化硅气凝胶的领先供应商,其产品在全球范围内销售,并且在产品研发和创新方面具有一定的竞争优势。
2. 亚洲化学公司:亚洲化学公司是国内较大的超微细二氧化硅气凝胶制造商之一,其产品在国内市场具有较强的竞争力。
3. 彩虹化学公司:彩虹化学公司是国内超微细二氧化硅气凝胶的主要供应商之一,其产品品质得到了市场的认可。
四、市场发展前景和趋势超微细二氧化硅气凝胶市场在未来几年将保持较快的增长速度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
学 年 论 文题目: SiO 2气凝胶的研究现状与应用学 生: 房斯曼学 号: 200902010204院 (系):材料科学与工程学院专 业: 材 料 化 学指导教师: 李 翠 艳2012年 6 月 1 日SiO2气凝胶的研究现状与应用材化092 班###指导老师:李##(陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021)摘要:本文从二氧化硅的研究历史和现状出发,从制备方法、干燥工艺、性能与应用领域等方面综述了二氧化硅气凝胶的研究进展,并对二氧化硅气凝胶的发展前景进行了展望。
关键词:二氧化硅气凝胶,制备,干燥,应用Current Research and Applications of SilicaAbstract: The article reviewed the latest development and the history of the research of silica aerogel, summarized the progress of the silica aerogel research in the aspects of preparation methods, drying technologies, properties and current application. And the article also looks forward to the development prospect of silica aerogel.Keywords: silica aerogel, preparation, drying, application0 前言二氧化硅气凝胶是在保持胶体骨架结构完整的情况下,将胶体内溶剂干燥后的产物,它问世于1931年,美国科学家首先由斯坦福大学的S.S.Kistler制得了二氧化硅气凝胶。
1966年J.B.Peri利用硅酯经一步溶胶—凝胶法制备出氧化硅气凝胶,从而使材料的密度更低,进一步推动了气凝胶研究的进展。
1974年粒子物理学家Cantin等首次报道了将1700升和1000升的氧化硅气凝胶应用于两个Cerenkov探测器。
此后,硅气凝胶作为隔热材料又成功地应用于双面窗HJ。
1985年Tewari使用二氧化碳为超临界干燥介质,成功地进行了湿凝胶的干燥,推动了硅气凝胶的商业化进程。
随着人们对二氧化硅气凝胶研究的深入,气凝胶制备及应用有了许多新的发展。
本文从二氧化硅现有的制备方法和二氧化硅气凝胶的性能出发,查阅各方资料,指出了不同的制备条件对二氧化硅气凝胶性能的影响以及各种方法的优点及待改进的地方,总结了二氧化硅气凝胶的各种优异的性能以及在各个领域的应用。
并且对二氧化硅气凝胶的发展进行的展望。
1 SiO2气凝胶的制备工艺目前,二氧化硅气凝胶的主要制备方法就是通过溶胶凝胶方法先得到SiO2凝胶,再经过干燥可得到二氧化硅气凝胶。
溶胶凝胶制备二氧化硅凝胶因为受到很多因素的影响,在不同的制备因素下所得到的气凝胶性能会有所影响。
1.1SiO2气凝胶的硅源SiO2气凝胶传统的制备方法以正硅酸乙酯或正硅酸甲酯为原料,通过溶胶凝胶过程获得醇凝胶,再经过超临界干燥而获得。
但是它所应用的原料价格昂贵,制备工艺复杂,设备要求高,能耗又比较大,使气凝胶的成本很高,制备不易,从而阻碍了SiO2气凝的大规模推广应用。
因此人们正尝试使用一些新的硅源,一次来降低设备要求,简化工艺过程。
邓忠生[15]等,以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,以乙醇为溶剂,使用HF作为催化剂能有效地降低胶凝温度(可降至室温)、缩短胶凝时间(可缩短至几分钟),从而快速制备出SiO2气凝胶。
BET、TEM测试结果表明,其具有大比表面积、纳米多孔结构(颗粒为几米,孔洞尺寸为5-30nm)。
沈军等[1],以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,通过溶胶—凝胶及超临界干燥过程制备SiO2气凝胶。
同时,采用相对廉价的多聚硅(E-40)为硅源,利用表面修饰、降低凝胶孔洞中液体的表面张力等技术,减小SiO2凝胶在干燥过程中的收缩,成功地在常压下备出了SiO2气凝胶。
这些气凝胶均是典型的纳米孔超级绝热材料,后者热导率略高,避免了使用昂贵的超临界干燥技术,有利于气凝胶的大规模工业应用。
魏建东[16]等,以E-40(多聚硅氧烷)为硅源、三甲基氯硅烷的异丁醇溶液为干燥介质,用溶胶-凝胶法,在亚临界条件下制备出疏水的SiO2气凝胶。
通过SEM、孔径分布、比表面积、接触角以及红外光谱的测试对其物性进行了研究。
结果表明,所制备的SiO2气凝胶具有典型的纳米网络结构、比表面积大且具有疏水性能。
亚临界干燥使得制备压力从6.4MPa降低到2.3MPa,降低了制备成本和风险,同时疏水性能提高了SiO2气凝胶环境适应性,从而十分有利于气凝胶的商业应用。
甘礼华[9]等,以硅溶胶为原料,采用非超临界干燥法,通过凝胶过程条件参数的严格控制,以正硅酸乙酯醇溶液浸泡提高凝胶骨架强度等方法,最终得到外观为乳白色半透明的,具有连续网络结构的多孔纳米SiO2气凝胶,SiO2气凝胶构网络结构的粒子相当微小和均匀,平均粒径约为 1 2~2 0 n m.2二氧化硅气凝胶的溶胶凝胶工艺目前,制备的二氧化硅气凝胶的主流工艺是以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,大体流程图如下。
图1 溶胶-凝胶法制备硅气凝胶的工艺流程图Fig.1 The technological process pattern of silica aerogels prepared bysol-gel method2.1 水量对Si02溶胶-凝胶的影响研究认为,随着水相对TEOS的增加,凝胶时间基本呈明显的线性下降,这与TEOS的水解速率受水量影响一致。
但如果水相对TEOS超过水解反应的理论物质的量比4以后,水作为缩聚反应的生成物又会使凝胶时间逐渐延长。
研究发现水量的相对增加对成品性能(如密度)有显著不利的影响,认为凝胶中水分的增加提高了后续工艺的难度,容易导致收缩的显著加剧。
2.2温度对二氧化硅气凝胶的影响温度升高有利于溶胶微粒的相互碰撞而凝结,认为与凝胶时间基本成反比关系,但过高的温度容易导致结构的不均与粗大,因此一般研究中凝胶温度应低于70℃。
杨大祥[7]等,通过研究低温下制备二氧化硅气凝胶发现低温下溶胶-凝胶反应仍然能进行,溶胶粘度突变区时间明显延长,得到稳定的、可较长时间保存的、便于成膜的溶胶。
该溶胶经成型、老化、临界流体干燥便得到无开裂、透明、高孔隙率的氧化硅气凝胶。
2.3溶剂量对SiO2溶胶-凝胶的影响TEOS的溶剂一般采用醇类。
认为溶剂对体系还产生了稀释与占位作用,因此溶剂的增加常常对气凝胶的性能有利。
研究认为凝胶时间一般与溶剂量成正比,成品密度与溶剂量成反比。
但是,溶剂量过多不利于成品强度。
2.4催化剂对SiO2溶胶一凝胶的影响目前SiO2气凝胶制备普遍采用先酸后碱的两步法,低pH值有利于TEOS的水解,高pH值有利于溶胶的缩聚,两种反应互相竞争,因此在酸性体系中逐渐升高pH值时将导致凝胶时间的急剧缩短,乃至瞬间凝胶。
凝胶时间相对pH值接近碱性下降,但接近中性后趋于稳定。
由此可能对凝胶结构产生明显影响,如一般偏碱性条件下的产物透明性较差,折射率低,认为这与结构、孔隙粗大有关。
3SiO2气凝胶的干燥工艺SiO2醇凝胶或水凝胶需要干燥才能制得气凝胶,而一般的干燥方式将由于表面张力作用于薄弱的网络结构而导致产物明显收缩甚至破碎,致使SiO2气凝胶的优异性能损失殆尽。
所以,适当的干燥工艺是SiO2气凝胶制备工艺的核心环节。
3.1 SiO2气凝胶的超临界干燥法将醇凝胶中的有机溶剂或水加热、加压到临界温度和临界压力以上,系统中的气一液界面将消失,凝胶中的毛细管压力也不复存在。
(表1列出了一些干燥介质的临界参数)处于临界条件(即临界压力和温度),避免或减少干燥过程中由于溶剂表面张力的存在而导致的体积大幅度收缩和开裂,从而获得保持凝胶原有形状和结构的气凝胶。
表1一些干燥介质的临界参数Tab 1 Critical parameter of some drying medium干燥介质沸点临界温度临界压力临界密度(℃) (℃) ×pH (g·cm-3)二氧化碳-78.5 31.1 72.9 0.468 甲醇64.6 239.4 79.9 0.272 乙醇78.3 243.0 63.0 0.276 正丙醇97.2 263.5 51.0 0.275 水100.0 374.1 217.6 0.322 甲烷-164.0 -83.0 4.60 0.160 乙烯-103.7 9.5 5.07 0.2003.2非超临界干燥法非超临界干燥技术包括常压干燥、亚临界干燥、冷冻干燥等。
亚临界干燥类似于超临界干燥,只是温度和压力低于临界点,对其机理的研究也较少。
冷冻干燥是依靠低温将液气界面转化为固气界面,通过升华去除溶剂,同样能避免表面张力的不利影响。
常压干燥工艺的基本原理是首先用一种或多种低表面张力的溶剂替换湿凝胶中的孔隙溶液并通过改性使凝胶表面疏水化,防止在干燥过程中发生过度收缩变形和结构破坏。
研究表明,网络增强及表面改性方法可以减小或消除气凝胶的碎裂程度,经合理常压干燥得到的二氧化硅气凝胶性能与通过超临界干燥工艺得到的基本一致。
常压干燥工艺的关键在于干燥前对湿凝胶的有效处理,一般可通过以下几种措施来进行:(1)增加凝胶网络的骨架强度,采用表面张力小的溶剂置换,减少凝胶干燥时孔洞间毛细管力的破坏;(2 )增大凝胶的孔径并使之大小均匀,在溶胶到凝胶过程中通过加入控制干燥的化学添加剂,如甲酞胺乙酞胺二甲基甲酞胺甘油等来改善凝胶中孔洞均匀性,减少干燥时产生的内应力差;(3)二氧化硅颗粒表面改性,有效防止凝胶干燥时骨架颗粒表面羟基发生不可逆缩聚而引起收缩;(4)采取有机高聚物的骨架交联强化,增强骨架结构强度。
4SiO2气凝胶的性能与应用进展二氧化硅气凝胶具有超低的密度(0.003~0.29/cm3)、超高的气孔率(80%~99.8%)和超细的结构(微观网络骨架与孔隙一般都进入纳米范畴,比表面积可达800m2/g以上),由此带来一系列热、光、电、声、吸附方面的优异性能,在保温隔热、光导、介电、声阻隔音、吸附、催化等领域有着广阔的应用前景。
目前已经广泛应用于航天、石油化工、冶炼、市政供暖等领域。
4.1 热学特性与应用由于SiO2气凝胶大量细小气孔的尺寸处于纳米级,小于空气分子70nm的平均自由程,导致SiO2气凝胶的导热率低于0.02W/(m·K),甚至达到0.013W /(m·K),比空气的0.023w/(m·K)更低。
具体应用涵盖了科研、工业、国防的保温隔热场合,尤其是“三航”,还可用于生活日用的多种场合,如建筑隔热(板材、玻璃)、衣物保暖、冰箱隔热、管道保温等,乃至提高阳能集热器的效率。