氣凝膠是什麼?---1

2021-02-08 凱文蔡說材料

       

        氣凝膠是指通過溶膠凝膠法，用一定的乾燥方式使氣體取代凝膠中的液相而形成的一種納米級多孔固態材料 。如明膠、阿拉伯膠、矽膠、毛髮、指甲等。氣凝膠也具凝膠的性質，即具膨脹作用、觸變作用、離漿作用。


1、氣凝膠的定義：

       氣凝膠是一種固體物質形態，世界上密度最小的固體。密度為3千克每立方米。一般常見的氣凝膠為矽氣凝膠，產生於1931年。任何物質的gel只要可以經乾燥後除去內部溶劑後，又可基本保持其形狀不變，且產物高孔隙率、低密度，則皆可以稱之為氣凝膠。

       因為密度極低，最輕的氣凝膠僅有0.16毫克每立方釐米，比空氣密度略低，所以也被叫做「凍結的煙」或「藍煙」。由於氣凝膠中一般80%以上是空氣，所以有非常好的隔熱效果，一寸厚的氣凝膠相當20至30塊普通玻璃的隔熱功能。即使把氣凝膠放在玫瑰與火焰之間，玫瑰也會絲毫無損。

2、氣凝膠的特性：

        氣凝膠，作為世界最輕的固體，已入選金氏世界紀錄。這種新材料密度僅為3.55千克每立方米，僅為空氣密度的2.75倍；乾燥的松木密度（500千克每立方米）是它的140倍。這種物質看上去像凝固的煙，但它的成分與玻璃相似。由於它的密度極小，用於航空航天方面非常合適。

氣凝膠因其半透明的色彩和超輕重量，有時也被稱為「固態煙」或「凍住的煙」。這種新材料看似脆弱不堪，其實非常堅固耐用，最高能承受1400攝氏度的高溫。

      氣凝膠貌似「弱不禁風」，其實非常堅固耐用。它可以承受相當於自身質量幾千倍的壓力，在溫度達到1200攝氏度時才會熔化。此外它的導熱性和折射率也很低，絕緣能力比最好的玻璃纖維還要強39倍。由於具備這些特性，氣凝膠便成為航天探測中不可替代的材料，用它來進行熱絕緣。

    

3、氣凝膠的應用：

1）在作為隔熱材料方面

矽氣凝膠纖細的納米網絡結構有效地限制了局域熱激發的傳播，其固態熱導率比相應的玻璃態材料低2—3個數量級。納米微孔洞抑制了氣體分子對熱傳導的貢獻。矽氣凝膠的折射率接近l，而且對紅外和可見光的湮滅係數之比達100以上，能有效地透過太陽光，並阻止環境溫度的紅外熱輻射，成為一種理想的透明隔熱材料，在太陽能利用和建築物節能方面已經得到應用。通過摻雜的手段，可進一步降低矽氣凝膠的輻射熱傳導，常溫常壓下摻碳氣凝膠的熱導率可低達0．013w/m·K，是熱導率最低的固態材料，可望替代聚氨脂泡沫成為新型冰箱隔熱材料。

由於矽氣凝膠的低聲速特性，它還是一種理想的聲學延遲或高溫隔音材料。

在環境保護及化學工業方面。納米結構的氣凝膠還可作為新型氣體過濾 ，與其它材料不同的是該材料孔洞大小分布均勻，氣孔率高，是一種高效氣體過濾材料。由於該材料特別大的比表而積．氣凝膠在作為新型催化劑或催化劑的載體方面亦有廣闊的應用前景。

2）、在儲能器件方面

有機氣凝膠經過燒結工藝處理後將得到碳氣凝膠 這種導電的多孔材料是繼纖維狀活性碳以後發展起來的一種新型碳素材料，它具有很大的比表面積(600—1000 m2/g)和高電導率(10—25 s/cm)．而且，密度變化範圍廣(0.05—1.0 g/cm3)．如在其微孔洞內充入適當的電解液，可以製成新型可充電電池，它具有儲電容量大、內阻小、重量輕、充放電能力強、可多次重複使用等優異特性，初步實驗結果表明：碳氣凝膠的充電容量達3×104/kg2，功率密度為7 kw/kg，反覆充放電性能良好。

作為一種新型納米多孔材料，除矽氣凝膠外，已研製的還有其它單元、二元或多元氧化物氣凝膠、有機氣凝膠及碳氣凝膠。作為一種獨特的材料製備手段，相關的工藝在其它新材料研製中得到廣泛應用，如製備氣孔率極高的多孔矽、製備高性能催化劑的金屬—氣凝膠混合材料、高溫超導材料、超細陶瓷粉末等。


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未完待續.

      

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