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气凝胶的应用

发布时间:2021-03-29来源:二氧化硅气凝胶生产及应用研发基地-中航科学研究院(广东)有限公司

气凝胶(aerogel)是由胶体粒子或聚合物分子相互聚集构成的微纳多孔网络结构,并在孔隙中充满空气分散介质的一种新型轻质固体材料,具有极低的表观密度(可低至0.002gcm-3)、高孔隙率(80%-99.8%)、高比表面积(100-2000m2g-1)等特点,从而使其具有良好的阻隔性能、极低的热导率(0.01-0.04Wm-1K-1)以及高吸附、催化和负载能力等优异性能。因此,气凝胶有望作为隔热保温材料、阻燃材料、隔音材料、高效吸附材料、催化剂载体材料、光学器件及电极能源材料等得到广泛应用,被视为“未来最具潜力的十大材料之一”。

气凝胶性能最高,但其较低的强度和韧性等限制了材料的广泛应用。为提高气凝胶材料的韧性和强度,各种增强材料(金属/氧化物、纤维、无纺布和薄膜等)与气凝胶材料进行复合后制得了具有独特性能的气凝胶复合材料。

气凝胶可与玻璃纤维、陶瓷纤维或者碳纤维进行复合,提高体系的结合力,使表面不易脆裂粉化。常见的产品如气凝胶玻璃纤维毡、气凝胶陶瓷纤维毡、预氧化纤维等。

中航科学研究院(广东)有限公司是国内从事早实力强的二氧化硅气凝胶的生产及应用研发基地。

气凝胶在声学方面的应用

气凝胶具有很低的密度,可以使得声波在气凝胶中的传播速率大大降低,二氧化硅气凝胶的密度为0.2g/cm3,声波在气凝胶中的传播速率为100m/s。除此以外,气凝胶的质量较轻,而且无污染,是一种非常好的吸声材料,被广泛应用到建筑领域。在城市中的住房和工厂的建设中使用气凝胶材料,气凝胶可以吸附城市噪音以及工厂中生产制造的噪音污染。

气凝胶在电学方面的应用

气凝胶的介电常数较低而且具有可调控性,因此,气凝胶可以作为衬底材料用于集成电路中。一般来说,衬底材料所具有的介电常数与电子的运算速率成反比,即介电常数越大,运算速率越慢。气凝胶材料的介电常数较小,可以有效提高电子的运算速率。比如,二氧化硅气凝胶的介电常数很低,仅1.008C2/(N·M2),以此作为衬底材料,可以使得电子的运算速率达到很快的速度。而且,气凝胶是一种电绝缘材料,避免了电路漏电的可能。除了以上的应用领域以外,气凝胶材料也被广泛应用到了光学方面和化学催化剂载体方面等。

气凝胶在隔热保温方面的应用

隔热材料(即热绝缘材料)可以对热量传递有很好的阻隔作用,是一类阻碍热传递的功能性材料。该材料被广泛应用于建筑领域。气凝胶可以被用作隔热板应用在建筑物的外墙,起到保温的作用。气凝胶隔热材料的使用既不会增加建筑外墙的厚度,还可以节省建筑材料,降低建筑成本。除此以外,气凝胶还可以对气体运输管道进行隔热和保温,对管道起到保护的作用。

气凝胶在水处理方面的应用

气凝胶是一种多孔材料,具有许多优异的特性,如密度较低,大的比表面积和高的孔隙率等。这些特性的存在使得气凝胶可以作为吸收水资源中的化学污染品的材料来使用,优点在于,气凝胶材料不仅不会对水资源造成污染,又能快速的清理污染品,清洁水质,而且价格低廉。

在当前双碳政策下,节能将成为化工、能源、建筑行业未来的发展的主旋律。

气凝胶比传统保温材料隔热性好、使用寿命长、防水性与耐燃性能优异,是目前最高效的隔热材料,契合节能减排大趋势。

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气凝胶的应用

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