超-气凝胶素材.ppt

超材料——气凝胶 小组成员：徐微 刘珅 徐敏 屠吉人 一般认为超材料是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。 超材料 六类超材料：1、自我修复材料——仿生塑料 2、热电材料 3、钙钛矿 4、气凝胶 5、Stanene——导电率100%的材料 6、光操纵材料 一、气凝胶：世界上最轻的气体 英文aerogel，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。 被称为冷烟、固体烟、固体空气或者蓝烟的气凝胶是目前已知固体物质中最轻并且性能最好的隔热材料，其体积的90%以上都是极微小的纳米孔洞，其余部分由三维纳米网状孔壁构成。 1、技术参数 体积密度 40~150kg/m3 粒径范围 0.5~5mm 比表面积 500~650m2/g 孔隙率 90% 孔径 20~100nm 憎水性 憎水和亲水两类 主要优点 ● 无可比拟的隔热效果 ● 出色的光线分散性 ● 良好的物理稳定性 ● 可改善声学性能 ● 高孔隙率，高比表面积 ● 纳米级孔隙，极低的密度 应用领域 ● 极低的热导率—制作高性能纳米隔热材料 ● 独特的纳米结构—制作新型气体过滤材料 ● 高比表面积—制作超级储能材料或催化剂载体 ● 声阻抗可变范围较大—可用于制作超声探测器的声阻耦合材料 2、气凝胶绝热粉体 该系列产品以纳米二氧化硅气凝胶为主体材料，通过独有的特殊工艺复合而成。具有耐高温、导热系数低、密度小、强度高、绿色环保、防水不燃等优越性能，同时兼具优越的隔声减震性能，是冶金、化工、国防、航空航天等领域不可或缺的高效隔热保温材料。 型号 QF SF 比表面积(m2/g) 600 600 密度(kg/m3) 40-200 40-200 气孔率(%) 90-98 90-98 孔径(nm) 25-45 25-45 孔容积(cm2/g) 3.0-3.6 3.0-3.6 亲水性 亲水 疏水 使用范围 保温绝热、空气净化、水处理等功能结构夹层、填充层、复合层，或与其他材料复合、粘结使用。 主要性能指标 3、气凝胶绝热颗粒 该系列产品密度低，比表面大，孔隙率高，透光度好，外观为淡蓝色透明颗粒状，具有导热系数低、隔热保温性能好、吸附性能强、绿色环保、无毒、阻燃、无腐蚀、防水等优越性能，不含任何对人体有害的物质，可广泛应用于采光保温设备结构夹层、填充层、复合层等领域。 4、绝热采光板 该系列产品以半透明纳米二氧化硅气凝胶颗粒、薄膜或板材为主体夹层材料，与优质玻璃钢材料复合制成。具有透光、隔热、绿色环保、防水不燃等优越性能，应用领域广，施工方便，为大型剧院、展览中心、会议中心、特殊试验中心、高级宾馆、别墅、太阳能集热器等提供透明隔热的高级绝热保温产品。 主要特点 1. 有较高的透光度，可有效利用太阳光，节省照明用电； 2. 导热系数低、隔热性能优良； 3. 绿色环保、无毒、阻燃、无腐蚀； 4. 抗压、抗震性能良好； 5. 安全、轻质、易施工、美观。 气凝胶看上去像凝固的烟，但它的成分与玻璃相似。由于它的密度极小，用于航空航天方面非常合适。美宇航局喷气推进实验室，该实验室琼斯博士研制出的新型气凝胶，主要由纯二氧化硅等组成。二氧化硅气凝胶是一种合成的无定形硅胶，与结晶硅胶显著不同。硅胶分子由一个硅原子和两个氧原子构成。如下图所示，硅胶有两种基本形式：无定形硅胶和结晶硅胶。如果硅胶分子排列整齐并且形成可重复样式，则为结晶硅胶。如果硅胶分子排列不整齐，则为无定形硅胶。 以正硅酸乙酯为原料超临界法制备二氧化硅气凝胶制备流程： 无水乙醇 正硅酸乙酯 去离子水 湿凝胶 老化 改性处理 溶剂置换 溶剂置换 超临界干燥 气凝胶 催化剂 1、溶胶凝胶工艺 2、干燥技术 3、超临界干燥技术 4、常压干燥技术 5、冷冻干燥 6、传导干燥 7、蒸发干燥 二、制备工艺 三、基本特性（5大特性，主要介绍3点） 1、热学特性及其应用 气凝胶的纳米多孔结构使它具有极佳的绝热性能，其热导率甚至比空气还要低，空气在常温真空状态下的热导率为0.026W/(m·k)