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世界上第一个气凝胶18031633136刘经理(微信同步)产品是1931年制备出的。当时,美国加州太平洋大学(College of the Pacific)的Steven.S. Kistler提出要证明一种具有相同尺寸的连续网络结构的固体“凝胶”,其形状与湿凝胶一致。证明这种设想的简单方法,是从湿凝胶中驱除液体而不破坏固体形状。如按照通常的技术路线,很难做到这一点。如果只是简单地让湿凝胶干燥,凝胶将会收缩,常常是原来的形状破坏,破裂成小碎片。也就是说,这种收缩经常是伴随着凝胶的严重破裂。18031633136刘经理(微信同步)Kistler推测:凝胶的固体构成是多微孔的,液体蒸发时的液一气界面存在较大的表面张力,该表面张力使孔道坍塌。此后,Kistler发现了气凝胶制备的关键技术(Kistler, 1932)。 Kistler研究的第一个凝胶是通过硅酸钠的酸性溶液浓缩制备的SiOZ凝胶。然而,他试图通过把凝胶中的水转变成超临界流体的方式来制备气凝胶却没有成功。Kistler再尝试首先用水充分洗涤二氧化硅凝胶(从凝胶中去掉盐),然后用乙醇交换水,通过把乙醇变成超临界流体并使它跑掉,第一个真正的气凝胶形成了。Kistler的气凝胶与现在制备的二氧化硅气凝胶类似,是具有相当大的理论研究价值的透明、低密度、多孔材料。在之后的几年时间里,Kistler详尽地表征了他的二氧化硅气凝胶的特性,并制备了许多有研究价值的其它物质的气凝胶材料,包括:A1203 , W03 , Fe203 , Sn02、酒石酸镍、纤维素、纤维素硝酸盐、 明胶、琼脂、蛋白、橡胶等气凝胶。
后来,Kistler离开了太平洋大学,18031633136刘经理(微信同步)到Monsanto公司供职。Monsanto公司很快就开始生产商品化的气凝胶产品,Monsanto公司的产品是粒状的Si02材料,虽然其生产工艺无人知晓,但人们推断应当是Kistler的方法。Monsanto公司的气凝胶当时是被用来作化妆品及牙膏中的添加剂或触变剂。在以后的近30年中,有关气凝胶的研究几乎没有什么进展。直到20世纪60年代,随着价格便宜的“烟雾状的(fumed)”Si02的研制开发,气凝胶的市场开始萎缩,Monsant。公司停止了气凝胶的生产。
从此,气凝胶在很大程度上被人淡忘了。直到20世纪70年代后期,法国政府向Claud Bernard大学的Teichner教授寻求一种能储存氧气及火箭燃料的多孔材料。之后所发生的事情,在从事气凝胶研究的人员中有一种传说。Teichner让他的一个研究生来制备气凝胶并研究其应用,然而,使用Kistler的方法,包括两个耗时、费力的溶剂萃取步骤,他们的第一个气凝胶花了数周时间才制备出来。然后,Teichner告诉这个学生,要完成他的学位论文,将需要大量的气凝胶样品;该学生意识到,如按照Kistler的方法制备,这要花许多年才能完成,他精神崩溃地离开了Teichner的实验室;经过一段短暂地休息、思考,他又回到了实验室,有一种强烈的动机,激发他去寻找一种更好的Si02气凝胶的合成工艺。经过不懈地努力探索,18031633136刘经理该学生成功地应用溶胶一凝胶化学法制备出Si02气凝胶,这使气凝胶科学研究前进了一大步。这种方法用正硅酸甲酷(TMOS)代替Kistler所使用的硅酸钠,在甲醇溶液中通过TMOS水解一步产生凝胶(称为“醇凝胶”),这消除了Kistler方法中的两个缺点,即醇水替换步骤及凝胶中存在无机盐,在超临界甲醇条件下干燥这些醇凝胶,就制备出高质量的Si02气凝胶。后来,Teichner的研究组及其他人使这种方法扩展,制备了多种金属氧化物气凝胶产品。
目前,气凝胶的研制主要集中在德国的BASF公司、DESY公司,美国的劳仑兹利物莫尔国家实验室(LLNL)、桑迪亚国家实验室(SNL),法国的蒙彼利埃材料研究中心,瑞典的LUND公司以及美国、德国、日本的一些高等院校。在国内,SiO2气凝胶的制备及其特性研究九十年代才开始起步(陈龙武等, 1995)。国内的主要研发及生产气凝胶的企业:埃力生、金纳、纳诺、乌江等,当然中国市场还有阿斯彭这样的纯外资企业,只是国内没有生产。18031633136刘经理
气凝胶保温绝热原理:
1.对流:当气凝胶材料中的气孔直径小于70nm时,气孔内的空气分子就失去了自由流动的能力,相对地附着在气孔壁上,这时材料处于近似真空状态。
2.辐射:由于材料内的气孔均为纳米级气孔再加材料本身极低的体积密度,使材料内部气孔壁数日趋于“无穷多”,对于每一个气孔壁来说都具有遮热板的作用,因而产生近于“无穷多遮热板”的效应,从而使辐射传热下降到近乎低极限
3.热传导:由于近于无穷多纳米孔的存在,热流在固体中传递时就只能沿着气孔壁传递,近于无穷多的气孔壁构成了近于“无穷长路径”效应,使得固体热传导的能力下降到接近低极限 。
气凝胶的特性:
纳米级材料(20-70nm)
低导热系数(低至0.0118W/(K·m))
低密度
高孔隙率(催化剂、吸附剂)
低折射率
绝热保温保冷
18031633136刘经理
主要应用领域
??●预制保温管
??●储罐,容器等设备保温
??●石油开采蒸汽管线
??●热电厂、石化厂、化工厂管线
??●各类高、低温炉体,移动救生舱
??●高速列车、汽车、地铁等车体保温
??●建筑领域保温
??●优异的隔热效果
??隔热效果是传统隔热材料2-5倍,而且寿命更长。
??●憎水性和防火性
??材料整体憎水,可有效防止水分进入管道、设备内部,同时具有A1级防火性能。
??●减少保温层厚度
??取得同等隔热效果,厚度仅为传统材料的几分之一。
包装形式
卷状
18031633136刘经理
厚度
3mm, 6mm, 10mm
宽度
1500mm
导热系数
0.018w/m·k(25℃时)
高使用温度
650℃
密度
180kg/m3
憎水性
整体憎水
??导热系数:
??依据GB10295-2008测试所得结果