气凝胶隔热保温复合材料.pptx
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➢ 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）。
气凝胶的热辐射传导主要为发生在3-5um 区域内的红外热辐射， 其在常温下能够有效的阻挡红外热辐射。
➢气凝胶（aerogel）：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，即分散介质为气体的凝胶材料称为气凝胶，是由胶体粒子或高聚物分子 相互聚结构成的一种具有网络结构的纳米多孔性固体材料,其固体相和孔隙结 构均为纳米量级。
什么是气凝胶？
★热学领域
声学领域 光学领域 过滤与催化领域 吸附领域 捕获高速粒子 电学领域 分形特性
热学领域
➢ （1）低固态热传导：
纤细的纳米网络结构和极低的表观密度产生“长路径效应”；
➢ （2）低气体分子热传导和对流热传导：
孔洞尺寸比常压下气体分子的平均自由程（60~70nm）小 ；
➢ （3）低辐射热传导：
第二部分
气凝胶的性能与应用
气凝胶材料性能
SiO2气凝胶：一种具有独特的纳米多孔网络结构的轻质材料
可见，极低的折射率、热导率、介电常数、高比表面积、对气体的选 择透过等，它的力学、声学、热学、光学、电学性质都明显地不同于普通 固态材料，是一种具有许多奇异性质和广泛应用的轻质纳米多孔性材料。
气凝胶产品可应用领域
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 (Universite Claud Bernard, Lyon) 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。他用 TMOS (tetramethyorthosilicate) 取代了 Kistler 用硅酸钠制备二氧化硅气凝胶的方法，即首先在甲 醇中水解 TMOS 获得醇凝胶。这排除了 Kistler 制备中的水到乙醇的交换过程以及凝胶中无机盐存在的两个缺点。
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、更便宜的 TEOS (tetraethylorthosilicate) 取代有毒的 TMOS 制备二 氧化硅气凝胶。与此同时，微结构材料研究小组 (The Microstructured Materials Group) 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。
气凝胶隔热保温 复合材料
源自文库
提纲
一、气凝胶概念与起源 二、气凝胶性能与应用 三、气凝胶产品介绍
第一部分
气凝胶概念与起源
什么是气凝胶？
➢凝胶（gel）：溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相
连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了作为分散介质的液体，这样一 种特殊的分散体系称作凝胶。凝胶没有流动性，内部常含有大量液体。例如 血凝胶、琼脂的含水量都可达99%以上。由溶液或溶胶形成凝胶的过程称为 胶凝作用（gelation）。
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3.55mg /cm 3 ，仅有空气的 3 倍。不久之后， Rick Pekala(LLNL) 制备了有机气凝胶，包括间苯二酚 - 甲醛 气凝胶 (resorcinol-formaldehyde) 、三聚氰胺 - 甲醛 (melamine-formaldehyde) 气凝胶。间苯二酚 - 甲醛气凝胶能够被热解得到 纯碳气凝胶，该方法开创了气凝胶研究的新领域。 ➢进入九十年代以后：对于气凝胶领域的研究更为深入。据不完全统计，近年来在各类杂志上有关气凝胶的文章以达三千多 篇。美国的 Science 杂志把气凝胶列为十大热门科学之一。当人们意识到气凝胶科学的重要行之后，从 1985 年起， Jochen Fricke 教授在德国的 Wurzburg 组织了第一次气凝胶国际学术会议。随后，该会议先后在 1988 年 (Montpellier ， France) 、 1991 年 (Wurzburg) 、 1994 年 (Berkeley ， California ， USA) 、 1997 年 (Montpellier ， France) 、 2000 年 (Albuquerque ， USA) 、 2003 年 (Washington D.C., USA) 召开。 ➢国内也早在上个世纪九十年代开始了关于气凝胶的研究，并且针对气凝胶的热特性展开了详细的研究，并申请了若干专利。 但总的来说，由于气凝胶昂贵的制备成本、材料本身难以克服的低强度、高脆性等缺点成为制约其广泛应用的瓶颈，因此也 成为今后各国科学家共同努力突破的关键。
气凝胶的起源
➢1931 年： 美国科学家Steven.S.Kistler(the College of the Pacific in Stockton, California) 最初以硅酸钠为原料，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。 Kistler 制成的气凝胶与今天的二氧化硅气凝胶非常相似。Kistler 又制备了氧 化铝、氧化钨、三氧化二铁、氧化锡、纤维素、硝酸纤维素、白明胶、琼脂、蛋白、橡胶等各类气凝胶。
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）。
气凝胶的热辐射传导主要为发生在3-5um 区域内的红外热辐射， 其在常温下能够有效的阻挡红外热辐射。
➢气凝胶（aerogel）：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，即分散介质为气体的凝胶材料称为气凝胶，是由胶体粒子或高聚物分子 相互聚结构成的一种具有网络结构的纳米多孔性固体材料,其固体相和孔隙结 构均为纳米量级。
什么是气凝胶？
★热学领域
声学领域 光学领域 过滤与催化领域 吸附领域 捕获高速粒子 电学领域 分形特性
热学领域
➢ （1）低固态热传导：
纤细的纳米网络结构和极低的表观密度产生“长路径效应”；
➢ （2）低气体分子热传导和对流热传导：
孔洞尺寸比常压下气体分子的平均自由程（60~70nm）小 ；
➢ （3）低辐射热传导：
第二部分
气凝胶的性能与应用
气凝胶材料性能
SiO2气凝胶：一种具有独特的纳米多孔网络结构的轻质材料
可见，极低的折射率、热导率、介电常数、高比表面积、对气体的选 择透过等，它的力学、声学、热学、光学、电学性质都明显地不同于普通 固态材料，是一种具有许多奇异性质和广泛应用的轻质纳米多孔性材料。
气凝胶产品可应用领域
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 (Universite Claud Bernard, Lyon) 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。他用 TMOS (tetramethyorthosilicate) 取代了 Kistler 用硅酸钠制备二氧化硅气凝胶的方法，即首先在甲 醇中水解 TMOS 获得醇凝胶。这排除了 Kistler 制备中的水到乙醇的交换过程以及凝胶中无机盐存在的两个缺点。
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、更便宜的 TEOS (tetraethylorthosilicate) 取代有毒的 TMOS 制备二 氧化硅气凝胶。与此同时，微结构材料研究小组 (The Microstructured Materials Group) 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。
气凝胶隔热保温 复合材料
源自文库
提纲
一、气凝胶概念与起源 二、气凝胶性能与应用 三、气凝胶产品介绍
第一部分
气凝胶概念与起源
什么是气凝胶？
➢凝胶（gel）：溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相
连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了作为分散介质的液体，这样一 种特殊的分散体系称作凝胶。凝胶没有流动性，内部常含有大量液体。例如 血凝胶、琼脂的含水量都可达99%以上。由溶液或溶胶形成凝胶的过程称为 胶凝作用（gelation）。
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3.55mg /cm 3 ，仅有空气的 3 倍。不久之后， Rick Pekala(LLNL) 制备了有机气凝胶，包括间苯二酚 - 甲醛 气凝胶 (resorcinol-formaldehyde) 、三聚氰胺 - 甲醛 (melamine-formaldehyde) 气凝胶。间苯二酚 - 甲醛气凝胶能够被热解得到 纯碳气凝胶，该方法开创了气凝胶研究的新领域。 ➢进入九十年代以后：对于气凝胶领域的研究更为深入。据不完全统计，近年来在各类杂志上有关气凝胶的文章以达三千多 篇。美国的 Science 杂志把气凝胶列为十大热门科学之一。当人们意识到气凝胶科学的重要行之后，从 1985 年起， Jochen Fricke 教授在德国的 Wurzburg 组织了第一次气凝胶国际学术会议。随后，该会议先后在 1988 年 (Montpellier ， France) 、 1991 年 (Wurzburg) 、 1994 年 (Berkeley ， California ， USA) 、 1997 年 (Montpellier ， France) 、 2000 年 (Albuquerque ， USA) 、 2003 年 (Washington D.C., USA) 召开。 ➢国内也早在上个世纪九十年代开始了关于气凝胶的研究，并且针对气凝胶的热特性展开了详细的研究，并申请了若干专利。 但总的来说，由于气凝胶昂贵的制备成本、材料本身难以克服的低强度、高脆性等缺点成为制约其广泛应用的瓶颈，因此也 成为今后各国科学家共同努力突破的关键。
气凝胶的起源
➢1931 年： 美国科学家Steven.S.Kistler(the College of the Pacific in Stockton, California) 最初以硅酸钠为原料，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。 Kistler 制成的气凝胶与今天的二氧化硅气凝胶非常相似。Kistler 又制备了氧 化铝、氧化钨、三氧化二铁、氧化锡、纤维素、硝酸纤维素、白明胶、琼脂、蛋白、橡胶等各类气凝胶。