气凝胶的特性与应用

一、气凝胶材料概述

    气凝胶材料具备的高孔隙率以及纳米网络骨架相互连接所形成的介孔结构，决定了其具备*的隔热性能)、有机炭气凝胶(如RF、PF、MF、PUR等体气凝胶经热处理后所得气凝胶)和碳化物气凝胶(SiC、TiC、MoC气凝胶等)三大类，此外还有一些多组分气凝胶(如多相气凝胶A12O3/SiO2、TiO2/SiO2、Fe2O3/A12O3、CuO/ZnO/A12O3、MgO/A12O3/SiO2等)。

    气凝胶材料具备的高孔隙率以及纳米网络骨架相互连接所形成的介孔结构，决定了其具备*的隔热性能，有望在高温催化剂载体、高温窑炉以及超高声速飞行器等军用、民用领域作为隔热材料使用。

二、气凝胶神奇但不神秘

1、SiO2气凝胶

    SiO2气凝胶是目前研究广泛的一种隔热材料,其孔隙率高达80%~99.8%，孔洞的典型尺寸为1~100nm,比表面积为200~1000m2/g，而密度可低达3kg/m3,室温热导率可低达12mW/(m·K).

    具有实用价值的纳米孔超级绝热材料应同时兼有良好的隔热和力学性能，通常是将SiO2气凝胶与红外遮光剂以及增强体进行复合，以提高SiO2气凝胶的隔热和力学性能。常用的红外遮光剂有碳化硅、TiO2(金红石型和锐钛型)、炭黑、六钛酸钾等,常用的增强材料有陶瓷纤维、无碱超细玻璃纤维、多晶莫来石纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维等。

    美国宇航局(NASA)Ames研究中心在SiO2气凝胶中加入陶瓷纤维作为增强材料，制备了SiO2气凝胶-陶瓷纤维复合隔热瓦，与原隔热瓦材料相比热导率大大降低，同时还具有一定的机械强度。

2、A12O3气凝胶

    由于氧化硅体系气凝胶使用温度不高，高温热稳定性差，难以满足高温领域的使用要求。因此,耐高温的氧化铝气凝胶就成了研究者关注的热点，氧化铝气凝胶是由美国的Yoldas制备出来的，具有密度小、热导率低、比表面积大、孔隙率高、使用温度高等优点,其制备工艺与SiO2气凝胶相似。

    J.F.Poco等以三仲丁基醇铝为体采用溶胶-凝胶法，通过超临界干燥技术成功制备了一种耐高温、热稳定性好、孔隙率高、无裂缝的块状氧化铝气凝胶。

    P.R.Aravind和Horiuchi等人在超临界条件下制得了Al2O3/SiO2二元气凝胶，该气凝胶具有良好的高温热稳定性,使用温度可以达到1200℃以上。