气凝胶诞生于1931年,由Steven.S.Kistler在Nature杂志上发表《共聚扩散气凝胶与果冻》标志着气凝胶的发现,也正是Kistler通过乙醇超临界干燥技术,制备出世界上一块气凝胶-SiO2气凝胶。气凝胶可分为无机气凝胶、有机气凝胶、混合气凝胶和复合气凝胶。常见的气凝胶主要是硅气凝胶、碳气凝胶和二氧化硅气凝胶,新进发展的气凝胶主要是氧化石墨烯气凝胶、富勒烯气凝胶和纤维/二氧化硅气凝胶。由于SiO2气凝胶是目前产业化很成熟的产品,气凝胶的制备技术主要为SiO2气凝胶制备,该类气凝胶的制备包括两种方法:干燥法和溶胶-凝胶法。目前产业化中主要使用的技术是干燥技术。天阳气凝胶纸厚度为0.2~1mm。上海特色气凝胶技术指导
气凝胶研究领域:在分形结构研究方面。硅气凝胶作为一种结构可控的纳米多孔材料,其表现密度明显依赖于标度尺寸,在一定尺度范围内,其密度往往具有标度不变性,即密度随尺度的增加而下降,而且具有自相似结构,在气凝胶分形结构动力学研究方面的结构还表明,在不同尺度范围内,有三个色散关系明显不同的激发区域,分别对应于声子、分形子和粒子模的激发。改变气凝胶的制备条件,可使其关联长度在两个量级的范围内变化。因此硅气凝胶已成为研究分形结构及其动力学行为的很好材料。上海购买气凝胶来电咨询天阳气凝胶保温毡的用料厚度是传统材料的20%~50%。
气凝胶是处于成长期的新材料,综合估算气凝胶是一个百亿美元空间的新材料赛道:能化领域是目前主要应用市场,油气管道、工业保温为主;建筑建材赛道大,将成为第二大应用场景,预计潜在市场空间超20亿美元;新能源车应用将成为气凝胶在交通领域的主要增长引擎,气凝胶高温耐受性能有望解决三元电池安全痛点,意义非凡,预测2025年全球新能车电池用气凝胶空间达百亿人民币规模。此外,气凝胶性质很好,长期以来受制于技术和成本没有普及,替代同类材料的市场空间巨大,技术护城河高,对于已经掌握关键技术、设备、原料等的企业,极有可能带来产业链成本下降、终端市场的普及。
气凝胶防爆机理:由于气凝胶基体多孔材料的黏性耗散作用,使得冲击波在多孔材料中会出现衰减和弥散的现象。在产生的高速冲击过程中,气凝胶中的气体在瞬间难以逸出,气体分子之间以及气体分子与孔壁之间发生剧烈的碰撞。由于空气分子的自由程为70nm,气凝胶平均孔径为20nm左右,气凝胶孔壁与孔内空气分子之间的距离要远小于空气分子平均自由程,高比表面积增加了气凝胶基体孔壁与空气分子碰撞的概率,并相应降低了空气分子之间相互碰撞的概率。在冲击波造成的高速压缩过程中,空气分子与气凝胶基体孔壁之间的碰撞要比空气分子之间的高速碰撞更加剧烈。气体与孔壁碰撞引起的流动阻力以及气孔中空气分子之间的碰撞阻力会导致气孔内压力随之增大。材料变形越快,气体分子往外逸出越困难,孔洞内压越高,气凝胶基体消耗的冲击波能量也越多。由于气孔内部各个方向上的应力近似相等,所以气凝胶内的气体将轴向的压应力转化为各个方向上的应力,即气凝胶内的应力状态发生改变,从而起到了良好的防护作用。气凝胶也被叫做“冻结的烟”或“蓝烟”。
气凝胶材料可用作涂覆材料,在基体表面添加隔热保护。将气凝胶颗粒以及粘合剂、阻燃剂、发泡剂进行混合制备出气凝胶粘合剂组合物,并在气凝胶涂料表面再涂覆热反射层面,可大幅提升原材料的耐热性能。气凝胶材料也可与阻燃剂协同使用,获得更好的阻燃性的同时也能够提高材料的强度和韧性。有一种Sb2O3-SiO2复合气凝胶无机阻燃剂,具有较大的比表面积,其与塑料,橡胶等高分子聚合物基体产生了牢固的界面粘合力,提高了复合气凝胶阻燃剂在聚合物熔体中的分散性、流动性,提高了阻燃效果,减少了因添加无机类阻燃剂给聚合物基体造成的力学性能的损失。轻的气凝胶只有0.16毫克每立方厘米。上海特色气凝胶技术指导
气凝胶材料保存期长,性能稳定不变异。上海特色气凝胶技术指导
溶胶-凝胶法:通过硅源物质的水解和缩聚获得具有三维网络结构的SiO2凝胶,反应生成以≡Si-O-Si≡为主体的聚合物,再经过老化阶段后,形成网络结构的凝胶。在凝胶形成的过程中,部分水解的有机硅发生缩聚反应,缩聚的硅氧链上未水解的基团可继续水解。通过调节反应溶液的酸碱度,控制水解-缩聚过程中水解反应和缩聚反应的相对速率,可得到凝胶结构。在酸性条件下(pH=2.0-5.0),水解速率较快,有利于成核反应形成较多的核;在碱性条件下,有利于核的长大及交联,易形成致密的胶体颗粒。强碱性或高温条件下SiO2的溶解度增大,使终凝胶结构形成胶粒聚集体。上海特色气凝胶技术指导
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