气凝胶的应用.pptVIP

工业中气凝胶的应用 气凝胶的定义 气凝胶又称为干凝胶。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，这即为干凝胶，也称为气凝胶。 气凝胶也具凝胶的性质，即膨胀作用、触变作用、离浆作用。 最轻的固体 美国宇航局科学家研制出的一种气凝胶，作为世界最轻的固体，正式入选吉尼斯世界纪录。 密度为3.55千Kg/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”。 气凝胶是一种固体，但是99%都是由气体构成，外观看起来像云一样 气凝胶样品进行表面形貌分析 气凝胶的发展 早在1931年， 加州斯托克顿市的太平洋学院就开始研究气凝胶 。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，Stanislaus Teichner在寻找一种用于存储氧和火箭燃料的多孔材料的过程中，找到一种新的二氧化硅气凝胶合成方法，从而推动了气凝胶科学的发展。 此后，气凝胶科学和技术得到了快速发展。1983年Arlon Hunt在Berkeley实验室发现了更安全廉价的二氧化硅气凝胶制作方法。 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0.003g/cm 3，仅有空气3倍 。不久之后 ，有机气凝胶诞生，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 。 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。 气凝胶的制备 在制作过程中，液态硅化合物首先与能快速蒸发的液体溶剂混合，形成凝胶，然后将凝胶放在一种类似加压蒸煮器的仪器（高压釜）中干燥，并经过加热和降压，形成多孔海绵状结构。琼斯博士最终获得的气凝胶中空气比例占到了体积的99.8％。 主要成分和玻璃一样也是二氧化硅，但因为它99.8％都是空气，所以密度只有玻璃的千分之一。 　　 前驱体 溶 胶 水 聚 合 凝胶 气凝胶 气凝胶形成示意图 水解 缩聚 脱水 工艺流程图 气凝胶的性质与作用 隔热性 气凝胶的特殊结构使气凝胶不同于其他多孔材料的热特性，并且成为最具发展前景的一种超级隔热材料。 照片现显示的是用氧炔焰隔着气凝胶加热一朵花 隔音性 由于硅气凝胶的低声速特性，它还是一种理想的声学延迟或高温隔音材料。该材料的声阻抗可变范围较大(103—107 kg／m2·s)，是一种较理想的超声探测器的声阻耦合材料 初步实验结果表明，密度在300 kg／m3左右的硅气凝胶作为耦合材料，能使声强提高30 dB，如果采用具有密度梯度的硅气凝胶，可望得到更高的声强增益。 非线性光学性质 由于硅气凝胶的纳米网络内形成量子点结构，化学气相渗透法掺Si及溶液法掺C60的结果表明，掺杂剂是以纳米晶粒的形式存在，并观察到很强的可见光发射，为多孔硅的量子限制效应发光提供了有力证据。利用硅气凝胶的结构以及C60的非线性光学效应，可进一步研制新型激光防护镜。 过滤与催化性质 纳米结构的气凝胶还可作为新型气体过滤 ，与其它材料不同的是该材料孔洞大小分布均匀，气孔率高，是一种高效气体过滤材料。 由于该材料特别大的比表而积。气凝胶在作为新型催化剂或催化剂的载体方而亦有广阔的应用前景。 吸附性 它还有环保的优点。气凝胶被科学家们描述为“终极海绵”，其表面的数百万小孔使其成为在水中吸附污染物的理想材料。 卡纳茨迪斯已经研制出一种新型气凝胶，用于除去水中的铅和水银。某些形式的气凝胶可吸附溢出的油，可以用它来处理一些环境灾祸。 储能性 碳气凝胶是继纤维状活性碳以后发展起来的一种新型碳素材料，它具有很大的比表面积(800—1000m2／g)和高电导率(10—25s／cm)且密度变化范围广(0.05—1.0g／cm3)。如在其微孔洞内充入适当的电解液，可以制成新型可充电电池，它具有储电容量大、内阻小、重量轻、充放电能力强、可多次重复使用等优异特性。 初步实验结果表明：碳气凝胶的充电容量达3×104／kg2，功率密度为7kw／kg，反复充放电性能良好。 折射率可调性 硅气凝胶的折射率接近l，而且对紫外和可见光的湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光中的可见光部分，并阻隔其中的紫外光部分，成为一种理想的透明隔热材料，在太阳能利用和建筑物节能方面已经得到应用。 气凝胶