氣凝膠用於服飾,拯救怕冷星人

2020-12-12 月球小熊貓

近期,朋友圈不是在下雪,就是在求下雪

身處一個完全不下雪還冷的不要不要的成都

不知道穿了多少

都抵禦不了這種「魔法傷害」

說起防寒保暖,

最厲害還是素湃公司研發的

藍奇熱宇航氣凝膠抗寒服

這款外套僅有3mm厚,

但卻與40mm的鴨絨外套保溫效果差不多。

測試人員用零下196℃的液氮進行噴射。
外套內部依然能將溫度保持在32℃左右!

可以說是非常的厲害厲害厲害了!

這款外套的防寒主力其實是

Aerogel,(中文:氣凝膠)

氣凝膠是一種固體物質形態,世界上密度很小的固體之一。密度為3千克每立方米。

1931年,Kistler用氣體取代了凝膠中液體成分的位置,同時保持凝膠的間壁不發生塌縮,製備了世界上第一塊氣凝膠。

結構&製備

氣凝膠微觀上呈鏈狀或串珠狀結構,直徑一般在十幾納米以下。以SiO2氣凝膠為例,通常其孔徑分布較窄,主要是開放與聯通的介孔,普通SiO2氣凝膠的孔結構呈無序狀態。

氣凝膠的製備通常由溶膠-凝膠過程超臨界乾燥工藝構成。前者主要是獲得具有一定空間網絡結構的含有少量催化劑的醇凝膠;後者則是去掉醇凝膠網絡骨架中的溶劑,得到氣凝膠材料。

目前研究最多的無機氣凝膠是矽氣凝膠。在溶膠-凝膠過程中通過矽源物質的水解和縮聚,獲得具有三維網絡結構的SiO2凝膠。

目前研究最多的有機氣凝膠是間苯二酚-甲醛(RF)氣凝膠。

把凝膠置於壓力容器中加溫升壓,使凝膠內的液體發生相變成超臨界態的流體,氣液界面消失,表面張力不復存在,此時將這種超臨界流體從壓力容器中釋放,即可得到多孔、無序、具有納米量級連續網絡結構的低密度氣凝膠材料。

特性&應用

氣凝膠材料獨特的三維網狀多孔結構使其表現出了高孔隙率、高比表面積、低密度、低熱導率等優良性能。表1以常見的幾種氣凝膠為例,列出了其基本性能參數。

氣凝膠因其半透明的色彩以及超輕重量,有時也被稱為「固態煙」或「凍住的煙」。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。

有效降低了材料的固相熱傳導,孔徑主要分布在介孔範圍內(2~50nm),有效抑制了氣相傳熱,而遮光劑的引入可起到很好的反射、吸收和再散射作用,進一步降低氣凝膠的輻射熱傳導,從而使得氣凝膠材料具備極低的熱導率,是一種優質的高效隔熱材料

也正是因為有著這樣驚人的超凡性能,使其更是成為了在航天探測中,不可替代與多用途的材料,如美國1996年「火星探路者」探測器,2003年的「勇氣號」和「機遇號」火星巡遊車,都用此材料用作保溫、隔熱、絕緣等使用。與此同時,如太空梭、飛彈等超音速飛行器氣動加熱嚴重,用氣凝膠隔熱罩對大功率發熱部件進行隔熱,如美國海軍空戰中心利用aerogel氣凝膠,用於吸收旋翼飛機,與固定翼飛機的紅外輻射

採用氣凝膠隔熱的F-16固定翼飛機

在我們日常生活中,由於aerogel氣凝膠非常好的隔熱性且透明,使得它還被廣泛應用於軍工、石化、電力、冶金、建築等眾多領域,用作傳統保溫材料的革命性替代產品。用於玻璃幕牆的保溫隔熱處理,或與毛氈材質等一起,被製成氣凝膠絕熱、隔音氈,用做家裝時的隔熱與隔音處理時使用,且用作隔音使用時,更可高於傳統材料30%(傳統材料隔音效果只有50%,氣凝膠則高達80%)。

未來方向

氣凝膠是一種結構特殊的納米材料,具有許多特殊的物理、化學性質,在眾多方面有著廣泛的應用或潛在的應用前景,是極具開發潛力研究價值的材料。就目前而言,氣凝膠材料的研究方向主要集中在製備工藝的更新換代上,人們正嘗試研究出新的製備工藝來取代原有的成本較高、周期較長的製備工藝,而對於氣凝膠複合材料的製備和研究較少。因此,隨著製備工藝的不斷優化和調整,以氣凝膠為基體的複合材料的研究應該會成為未來的研究方向之一,通過與其他材料複合,充分利用氣凝膠材料在隔熱等方面的性能優勢,彌補其力學性能上的不足,從而使氣凝膠材料更加廣泛地應用到更多領域中,創造出更多的社會價值和經濟價值。

NASA「美國航空航天局」華人科學家鄒哲

「Peter Tsou」和氣凝膠樣本

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  • 聞名於世的輕薄保暖新材料之氣凝膠!
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    接下來說一個航天的重要材料——氣凝膠。氣凝膠(Aerogel)是一種納米材料,它呈三維網絡結構。氣凝膠的發明比較早,在1931年就被發明了,是一種矽氣凝膠,現在氣凝膠發展出了矽系,碳系,硫系,金屬氧化物系、金屬系等等。總結來說只要物質的凝膠可以經乾燥後除去內部溶劑後,之後又可基本保持其形狀,產物孔隙率高、低密度,就都可以稱為氣凝膠。
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    這個問題要放在2018年以前,答案肯定是羽絨服,當然也有個別同志會選擇棉服…在今天,你會發現羽絨服、棉服還是很多人會穿,但是越來越多的人開始拋棄羽絨服轉而穿氣凝膠服裝,說到理由,穿過的人都說,比羽絨服薄很多但是比羽絨服更保暖,事實真是這樣嗎?
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    納米材料界的新星——氣凝膠(Aerogel),它到底為何方神聖?為何能防彈不怕被炸不怕火燒?氣凝膠不是我們認知的膠,它是一種固體物質形態,密度為3KG/m,因其密度極低,所以也被叫做「凍結的煙」或「藍煙」,曾獲得吉尼斯紀錄「世界上最輕的固體」稱號。最早是在1931年,由S.Kistler採用超臨界乾燥方法成功製備出SiO2氣凝膠。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。
  • 神奇的固體材料——氣凝膠
    但是如果在膠體中混入電解質,這些顆粒所帶的電荷就會被電解質中帶電粒子的電荷中和,顆粒間不再發生電荷互斥,而是碰撞結合,形成凝膠。        什麼是氣凝膠?        我們知道,凝膠中的膠體顆粒早已相互結合,但是這些顆粒並不像石榴籽那樣緊密地挨在一起,而是連結成了空間網狀結構。
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    這種小腳褲採用的是氣凝膠纖維材質,主打的功能是輕、暖、鎖溫、透氣。在寶貝介紹頁面中,店家稱,氣凝膠是一種航空材料,太空人穿的衣服的面料就是這種。氣凝膠材質的衣物也並不便宜。氣凝膠小腳褲在網店標價基本在200-300元/條,如果是氣凝膠材質的防寒外套,叫價則高達上千元。可祛寒除溼的艾絨背心另一款號稱有各功效的艾絨背心,賣得也很火爆。商家稱將艾葉製成艾絨入衣,有通經活絡、溫經止血、祛溼散寒的功效,尤其適合體質虛寒的人。
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