氣凝膠有哪幾種？氣凝膠材料及其應用

近年來，隨著我國經濟轉型升級、節能降耗政策的不斷推進和納米材料戰略的實施，氣凝膠材料引起了政府、學術界、企業界和投資界的廣泛關注。氣凝膠是中國幾乎與世界同、競爭力強的高科技產品之一。從某種意義上說，中國氣凝膠產業的發展將對世界氣凝膠產業的發展產生越來越大的影響。

目前，中國大學和研究所在氣凝膠領域的研究深度和廣度，以及中國企業在低成本氣凝膠制造技術方面的毅力，都處于世界領先地位。也許在未來，我們將看到一家依靠技術創新和低成本攻擊世界各地城市的企業已經成為氣凝膠領域的華為。中國優秀的氣凝膠研發團隊將繼續努力實現我們的中國夢，創新實現我們的中國夢！

一. 氣凝膠定義：氣凝膠，又稱干凝膠，是化學溶液反應后形成的溶膠，然后去除凝膠中的溶劑，使空間網結構充滿氣體，固體密度極低（接近空氣密度）。氣凝膠具有超輕、低密度、納米微孔、超細蜂窩孔尺寸和多孔結構，由聚合鏈連接而成。孔徑一般低于 100 nm，氣凝膠顆粒尺寸通常小于 200nm。可由無機材料(如二氧化硅、氧化鋁等)、有機材料(如聚酰亞胺、碳等)或混合材料(如凝膠玻璃等)制成。

二.氣凝膠概述：

氣凝膠是一種由美國組成的納米多孔結構材料Kistler.S.該發明創造了15項吉尼斯紀錄，在熱學、光學、電學、力學、聲學等領域表現出許多奇怪的性能，也被稱為藍煙和凍結煙。它被稱為改變世界的神奇材料，自20世紀90年代以來被列為十大熱門科技之一，軍民兩用技術應用價值巨大。

氣凝膠是較輕、保溫性能較好的固體材料，被選為世界吉尼斯紀錄，氣凝膠密度低、導熱性低、表面積高、孔隙率高，較初廣泛應用于航空航天、軍事工業等高端技術領域，隨著我國經濟轉型升級和國家納米材料戰略的實施，氣凝膠納米材料已逐漸廣泛應用于工業、建筑、汽車、電子等行業。

氣凝膠分類：

氣凝膠根據基體的化學性質可分為 4 類：

無機氣凝膠：

1) 氧化物(如二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦)；

2) 氟化物(如氟化鎂、氟化鈣)；

3) 碳化物(如碳化硅、碳化硼)；

4) 氮化物(如氮化硼、氮化鈦)；

5) 混合氧化物(如二氧化鈦-氧化硅、氧化釩-二氧化鈦)。

有機氣凝膠：

1) 醛系(如間苯二酚-甲醛，三聚氰胺-甲醛……）；

2) 脲類衍生物(如氨基甲酸乙酯氣凝膠)；

3) 聚合物(如聚酰亞胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚雙環戊二烯)；

4) 碳，包括碳納米管。

混合氣凝膠：

混合氣凝膠含有有機和無機相，主要由二氧化硅氣凝膠改性而成。

如二氧化硅/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）……

復合氣凝膠：

氣凝膠復合材料由兩種或兩種以上具有不同化學和物理性質的材料制成；一種材料

形成基體(或連續相)，其它材料形成分散相。氣凝膠可作為氣凝膠復合材料的基體，

也可用作分散相。

1) 纖維增強氣凝膠；

2) 其它氣凝膠復合材料。

四.氣凝膠的隔熱原理：

無對流效應：氣凝膠納米材料孔徑小于70nm,氣孔中的空氣分子失去了自由流動的能力，處于真空狀態，無法進行熱對流。

無限遮擋效果：氣凝膠孔為納米孔，密度極低。氣凝膠中的氣孔趨于無限，每個氣孔壁都有遮熱板的作用，產生幾乎無限的遮熱板效果，較大限度地減少熱輻射。

無限松散路徑效應：氣凝膠密度極低，大于表面，體積骨架松散，氣凝膠有無限納米孔，氣凝膠固體材料沿孔壁傳熱，無限孔壁形成無限松散路徑效應，使固體傳熱能力接近較低限度。

與其他傳統保溫材料相比，氣凝膠產品具有導熱性較低、隔熱效果明顯的優點。氣凝膠材料的導熱系數隨溫度變化很小。隨著溫度的升高，傳統保溫材料的導熱系數發生了很大的變化，隔熱效果也會變差。

氣凝膠目前的產品形式和應用領域

目前，很多人都知道氣凝膠，但更多的人不了解氣凝膠形式的產品及其應用領域。今天，中科將推廣氣凝膠相關形式的產品和應用。氣凝膠的產品形式主要是保溫氣凝膠氈、板、布、紙、顆粒、粉末和異形件。氣凝膠氈、板、布、紙、異形件均為氣凝膠及相應產品形式的纖維復合產品。基本技術相似，但產品應用差異較大。

1.氣凝膠氈是目前產量較大、應用較廣泛的氣凝膠產品，廣泛應用于航天**、石化、冶金建材、軌道交通、高鐵動車、核電船、動力電池、管道罐、冰箱制冷等保溫應用領域。

2.氣凝膠布、紙張和異形件主要用于一些特殊需要領域。例如，氣凝膠布主要用于服裝鞋帽領域，氣凝膠紙（薄氈）主要用于熱電池和一些空間小或管徑薄或希望纏繞施工的領域。氣凝膠異形件基本上是軍事應用。

3.氣凝膠板：事實上，氈與板的主要區別只是硬度的差異。氈靈活，可卷曲，板剛度一定，不易彎曲。板材的主要應用是大型設備保溫和未來建筑節能內外墻保溫。

4.氣凝膠超薄保溫膜是一種導熱性極低的柔性薄膜材料，通過特殊工藝使氣凝膠膜化，解決消費品在狹小空間內的均熱問題，控制和改變導熱方向，提高產品性能和使用壽命。適用范圍:適用于智能手機、平板電腦、可穿戴設備、柔性電子設備等狹小空間電子設備的高效熱管理。

5.氣凝膠顆粒：目前主要采用氣凝膠透明度填充PC板材或中空玻璃總是采光隔熱板。

6.氣凝膠涂料：涂料是傳統保溫材料中非常重要的產品，在許多領域發揮著不可替代的作用。與傳統涂料相比，氣凝膠涂料導熱性低，保溫效果好。

7.氣凝膠紡織品：高保溫性能的納米復合材料由納米多孔網結構的氣凝膠粉和透氣性優良的無紡布制成，其保溫性能超過傳統保溫材料，可用于日常保溫領域。織物不含對人體有害的物質，具有耐洗、保溫性能優異、塑性強的特點。氣凝膠絕緣棉采用氣凝膠顆粒作為絕緣填料，氣凝膠與聚酯纖維通過特殊的紡絲工藝完美結合。氣凝膠絕緣棉具有超保溫、柔軟、舒適、透氣性。是冬季保溫服裝的理想填充材料，絕緣效果遠遠超過傳統羽絨和填充棉。