气凝胶的详细介绍.pptx

1;目录: 气凝胶的历史 气凝胶的结构与制备 气凝胶特性与应用 ;气凝胶的历史;在随后的30年中，气凝胶的研究一直没有什么进展，直到60年代，Teichner的研究才使气凝胶的制备有了很大发展。他用正硅酸甲酯为硅源、甲醇为溶剂，加人一定量的水和催化剂，使之发生水解和聚合反应，直接生成醇凝胶，因而不需要长时间的溶剂交换，通过醇的超临界干燥便可获得性能良好的SiO2气凝胶材料。自80年代中期到2002年以来，溶胶一凝胶技术的发展使得气凝胶制备技术有了很大的发展。1985年???国维尔兹堡大学物理所的Fricke教授在维尔兹堡组织了首届“气凝胶国际研讨会”(Inter-nationals”mposiumonAeroge1S，简称ISA)。随后，ISA分别每3年召开1次，2006召开了第八界ISA会议。其间气凝胶的制备及其表征有了较大的进步。 ;;气凝胶的制备一般要经过溶胶-凝胶聚合和后处理两个过程。 溶胶-凝胶法是指金属的有机或无机化合物在溶液（一般指有机溶液）中水解缩合成胶液，然后出去溶剂形成凝胶，最终制得固体氧化物和其他化合物的方法； 气凝胶的后处理是指在溶胶-凝胶聚合过后，经过老化、防开裂、干燥 等一系列步骤得到性能独特的气凝胶。 ;最早的气凝胶最早由美国科学工作者Kistler在1931年制得。制备方法是对硅酸钠水溶液进行酸处理浓缩，然后用超临界水再溶解二氧化硅，当排除水后，二氧化硅沉淀下来。为了出去凝胶中的盐类，用水洗涤二氧化硅凝胶，然后用乙醇交换水。随后用乙醇变成超临界流体，并慢慢释放乙醇行最初意义的气凝胶。 ;有机气凝胶的制备;;以航空航天应用为背景， 美国国家航空航天局的研究人员 Meador长期致力于聚酰亚胺凝胶的制备和表征 。他们制备的气凝胶不仅具有良好的耐热性， 还具有耐弯折 、 耐压缩 的特点。凭借聚酰亚胺良好的介电性能， 这种气凝胶还可以用作轻质接线天线的基板材料。 ;有机-无机气凝胶;二氧化硅气凝胶的制备主要采用正硅酸乙酯，正甲基硅烷或水玻璃等作为硅源。溶胶-凝胶过程中通过硅源物质的水解和缩聚获得具有三维网络结构的二氧化硅凝胶。以正硅酸乙酯为例，说说反应机理： ;经过水解和浓缩，SiO2的分子链不断增加。当这些氧化物连接到一起，形成三维网络结构。这些胶体粒子同样维持其网络结构不变，溶剂充满于胶体粒子间隙，此时称为醇凝胶。醇凝胶由固相部分和液相部分组成，固相部分由彼此连接的氧化物粒子三维网络结构组成，液相充满固相网络结构。; 当溶胶变成凝胶后，水解和浓缩反应远未完成。此时，凝胶的二氧化硅骨架中包含未反应的醇盐基团。实际上，凝胶后，水解和浓缩的时间甚至是凝胶视角的好几倍。英雌必须有足够的时间是网络结构强化使网络结构表面的-OH继续反应缩聚反应，形成新的Si--O键。通过控制水含量和PH值可以增强骨架结构。老化后的凝胶还有水保留在空隙中，必须干燥钱除去。用乙醇浸泡无数次，知道除去所有的水，时间的长短与形成凝胶的厚度。如果水没在超临界干燥过程前除去，将导致材料的不透明。发白，以及密度增加。再通过超临界干燥就制成了气凝胶。; 在无机的二氧化硅气凝胶中引入有机组分， 是获得有机无机杂化气凝胶的一种有效途径。 Guo等用粘土增强聚酰亚胺／二氧化硅杂化气凝胶， 随着粘土掺杂量的增加，气凝胶的密度基本保持不变，而模量提高了将近三倍，说明粘土有效地增强了气凝胶的骨架结构。改性后的杂化气凝胶往往被赋予新的功能， 如超疏水性气凝胶可以用作水处理材料等。Cai等则是在纤维素水凝胶的骨架表面原位沉积二氧化硅，得到纤维素/二氧化硅杂化气凝胶，这种气凝胶呈半透明，耐压缩，抗拉伸，并能够打结，显示出很好的韧性。 ;气凝胶的性质与应用; ;SiO2气凝胶作为一种纳米孔超级绝热材料，除具有极低的热导率之外还具有超轻质以及高热稳定性的特性，它在工业、民用、建筑、航天及军事等领域具有非常广泛的应用。;太阳能利用：具有高度透光率及低热导率的气凝胶对入射光几乎没有反射损失，能有效的透过太阳光，因此气凝胶特别适合于用作太阳能集热器及其它集热装置的保温隔热材料，当太阳光透过气凝胶进入集热器内部，内部系统将太阳光的光能转化为热能，气凝胶又能有效阻止热量流失。;节能建筑：由于气凝胶既具有绝热特性，又具有吸声特性，且具有透光性，因此可以将气凝胶夹在双层玻璃之间制成夹芯玻璃，其绝热效果比普通的双层玻璃高几倍，且具有降噪效果。将这种玻璃用于房屋的窗户，可以大大降低热量流失，有明显的节约能源的作用，以气凝胶为夹层的窗玻璃的热损失率比目前最好的窗系（氢气充填并用低发射率的铟氧化物或银涂层）还要减少三分之二。如果将气凝胶玻璃用于高层建筑取代一般幕墙玻璃，将大大减轻建筑物自重，并能起到防火作用。;航空航天：与传统