氣凝膠(應(yīng)用)

1、世界上第一個(gè)氣凝膠產(chǎn)品是1931年制備出的。當(dāng)時(shí)，美國(guó)加州太平洋大學(xué)(CollegeofthePacific)的Steven.S.Kistler提出要證明一種具有相同尺寸的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的固體“凝膠”，其形狀與濕凝膠一致。證明這種設(shè)想的簡(jiǎn)單方法，是從濕凝膠中驅(qū)除液體而不破壞固體形狀。如按照通常的技術(shù)路線，很難做到這一點(diǎn)。如果只是簡(jiǎn)單地讓濕凝膠干燥，凝膠將會(huì)收縮，常常是原來(lái)的形狀破壞，破裂成小碎片。也就是說(shuō)，這種收縮經(jīng)常是伴隨著凝膠的嚴(yán)重破

2、裂。Kistler推測(cè):凝膠的固體構(gòu)成是多微孔的，液體蒸發(fā)時(shí)的液一氣界面存在較大的表面張力，該表面張力使孔道坍塌。此后，Kistler發(fā)現(xiàn)了氣凝膠制備的關(guān)鍵技術(shù)(Kistler1932)。Kistler研究的第一個(gè)凝膠是通過(guò)硅酸鈉的酸性溶液濃縮制備的SiOZ凝膠。然而，他試圖通過(guò)把凝膠中的水轉(zhuǎn)變成超臨界流體的方式來(lái)制備氣凝膠卻沒(méi)有成功。Kistler再嘗試首先用水充分洗滌二氧化硅凝膠(從凝膠中去掉鹽)，然后用乙醇交換水，通過(guò)把乙醇變成超

3、臨界流體并使它跑掉，第一個(gè)真正的氣凝膠形成了。Kistler的氣凝膠與現(xiàn)在制備的二氧化硅氣凝膠類似，是具有相當(dāng)大的理論研究?jī)r(jià)值的透明、低密度、多孔材料。在之后的幾年時(shí)間里，Kistler詳盡地表征了他的二氧化硅氣凝膠的特性，并制備了許多有研究?jī)r(jià)值的其它物質(zhì)的氣凝膠材料，包括:A1203W03Fe203Sn02、酒石酸鎳、纖維素、纖維素硝酸鹽、明膠、瓊脂、蛋白、橡膠等氣凝膠。后來(lái)，Kistler離開(kāi)了太平洋大學(xué)，到Monsanto公司供職

4、。Monsanto公司很快就開(kāi)始生產(chǎn)商品化的氣凝膠產(chǎn)品，Monsanto公司的產(chǎn)品是粒狀的Si02材料，雖然其生產(chǎn)工藝無(wú)人知曉，但人們推斷應(yīng)當(dāng)是Kistler的方法。Monsanto公司的氣凝膠當(dāng)時(shí)是被用來(lái)作化妝品及牙膏中的添加劑或觸變劑。在以后的近30年中，有關(guān)氣凝膠的研究幾乎沒(méi)有什么進(jìn)展。直到20世紀(jì)60年代，隨著價(jià)格便宜的“煙霧狀的(fumed)”Si02的研制開(kāi)發(fā)，氣凝膠的市場(chǎng)開(kāi)始萎縮，Monsant。公司停止了氣凝膠的生產(chǎn)。從

5、此，氣凝膠在很大程度上被人淡忘了。直到20世紀(jì)70年代后期，法國(guó)政府向ClaudBernard大學(xué)的Teichner教授尋求一種能儲(chǔ)存氧氣及火箭燃料的多孔材料。之后所發(fā)生的事情，在從事氣凝膠研究的人員中有一種傳說(shuō)。Teichner讓他的一個(gè)研究生來(lái)制備氣凝膠并研究其應(yīng)用，然而，使用Kistler的方法，包括兩個(gè)耗時(shí)、費(fèi)力的溶劑萃取步驟，他們的第一個(gè)氣凝膠花了數(shù)周時(shí)間才制備出來(lái)。然后，Teichner告訴這個(gè)學(xué)生，要完成他的學(xué)位論文，將需

6、要大量的氣凝膠樣品該學(xué)生意識(shí)到，如按照Kistler的方法制備，這要花許多年才能完成，他精神崩潰地離開(kāi)了Teichner的實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)一段短暫地休息、思考，他又回到了實(shí)驗(yàn)室，有一種強(qiáng)烈的動(dòng)機(jī)，激發(fā)他去尋找一種更好的Si02氣凝膠的合成工藝。經(jīng)過(guò)不懈地努力探索，該學(xué)生成功地應(yīng)用溶膠一凝膠化學(xué)法制備出Si02氣凝膠，這使氣凝膠科學(xué)研究前進(jìn)了一大步。這種方法用正硅酸甲酷(TMOS)代替Kistler所使用的硅酸鈉，在甲醇溶液中通過(guò)TMOS水解一

7、步產(chǎn)生凝膠(稱為“醇凝膠”)，這消除了Kistler方法中的兩個(gè)缺點(diǎn)，即醇水替換步驟及凝膠中存在無(wú)機(jī)鹽，在超臨界甲醇條件下干燥這些醇凝膠，就制備出高質(zhì)量的Si02氣凝膠。后來(lái)，Teichner的研究組及其他人使這種方法擴(kuò)展，制備了多種金屬氧化物氣凝膠產(chǎn)品。目前，氣凝膠的研制主要集中在德國(guó)的BASF公司、DESY公司，美國(guó)的勞侖茲利物莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)、桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(SNL)，法國(guó)的蒙彼利埃材料研究中心，瑞典的LUND公司以及

8、美國(guó)、德國(guó)、日本的一些高等院校。在國(guó)內(nèi)，SiO2氣凝膠的制備及其特性研究九十年代才開(kāi)始起步(陳龍武等，1995)。國(guó)內(nèi)的主要研發(fā)及生產(chǎn)氣凝膠的企業(yè)：埃力生、金納、納諾、烏江等，當(dāng)然中國(guó)市場(chǎng)還有阿斯彭這樣的純外資企業(yè)，只是國(guó)內(nèi)沒(méi)有生產(chǎn)。巖棉557092140發(fā)泡材料36不可用不可用不可用現(xiàn)在我國(guó)的保溫工程的問(wèn)題：●保溫結(jié)構(gòu)不合理、保溫厚度不規(guī)范、保溫施工不到位。●易變形、沉降，熱穩(wěn)定性差，破損率大，后期保溫效果差，無(wú)法滿足工藝要求?！癖?/p>

9、效果差且下降明顯，導(dǎo)致保溫工程維護(hù)成本提升，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用增加?！袷褂脡勖局挥?～5年，到期需全部更換?！癫煌耆浪?，易吸水吸潮腐蝕管道?！駥?duì)于超過(guò)100度的較高溫度的管道，保溫層至少需要200mm厚度，管道線熱流密度高，熱能損失大。氣凝膠材料帶來(lái)的好處：氣凝膠材料帶來(lái)的好處：●隔熱效果是傳統(tǒng)隔熱材料25倍，高溫下優(yōu)勢(shì)更明顯，而且壽命更長(zhǎng)?！癫牧险w憎水，可有效防止水分進(jìn)入管道、設(shè)備內(nèi)部，同時(shí)具有A1級(jí)防火性能?！褓|(zhì)輕，容易裁剪、縫制

10、以適應(yīng)各種不同形狀的管道、設(shè)備保溫，且安裝所需時(shí)間及人力更少。●更少的包裹體積及更輕的重量可大大降低保溫材料的運(yùn)輸成本。●對(duì)設(shè)備進(jìn)行保溫的同時(shí)，還可以起到吸聲降噪、緩沖震動(dòng)等功能，提高環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)設(shè)備?！駜H需12至15的厚度即可達(dá)到傳統(tǒng)材料相同的隔熱效果，熱損失非常小，空間利用率高。氣凝膠復(fù)合保溫材料與現(xiàn)流行的保溫材料具體性能對(duì)比：氣凝膠復(fù)合保溫材料與現(xiàn)流行的保溫材料具體性能對(duì)比：傳統(tǒng)保溫材料氣凝膠復(fù)合保溫氈復(fù)合硅酸鹽巖棉導(dǎo)熱系數(shù)，（