气凝胶的应用.ppt

工业中气凝胶的应用气凝胶的定义气凝胶的定义气凝胶又称为干凝胶。当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。气凝胶也具凝胶的性质，即膨胀作用、触变作用、离浆作用。最轻的固体最轻的固体美国宇航局科学家研制出的一种气凝胶，作为世界最轻的固体，正式入选吉尼斯世界纪录。密度为3.55千Kg/m3，仅为空气密度的2.75倍。这种气凝胶呈半透明淡蓝色，重量极轻，因此人们也把它称为“固态烟”。气凝胶是一种固体，但是气凝胶是一种固体，但是99%99%都是由气体构成，外都是由气体构成，外观看起来像云一样观看起来像云一样气凝胶样品进行表面形貌分析气凝胶样品进行表面形貌分析气凝胶的发展气凝胶的发展早在1931年，加州斯托克顿市的太平洋学院就开始研究气凝胶。但受当时科研手段的限制，这种材料的研制并没有引起科学界的重视。上世纪七十年代，在法国政府的支持，Stanislaus Teichner在寻找一种用于存储氧和火箭燃料的多孔材料的过程中，找到一种新的二氧化硅气凝胶合成方法，从而推动了气凝胶科学的发展。此后，气凝胶科学和技术得到了快速发展。1983年Arlon Hunt在Berkeley实验室发现了更安全廉价的二氧化硅气凝胶制作方法。八十年代后期，Larry Hrubesh领导的研究者在Lawrence Livermore National Laboratory(LLNL)制备了世界上最轻的二氧化硅气凝胶，密度是0.003g/cm 3，仅有空气3倍。不久之后，有机气凝胶诞生，创了气凝胶研究的新领域。进入九十年代以后，对于气凝胶领域的研究更为深入。据不完全统计，近年来在各类杂志上有关气凝胶的文章以达三千多篇。美国的 Science 杂志把气凝胶列为十大热门科学之一。国内也早在上个世纪九十年代开始了关于气凝胶的研究，并且针对气凝胶的热特性展开了详细的研究。气凝胶的制备气凝胶的制备在制作过程中，液态硅化合物首先与能快速蒸发的液体溶剂混合，形成凝胶，然后将凝胶放在一种类似加压蒸煮器的仪器（高压釜）中干燥，并经过加热和降压，形成多孔海绵状结构。琼斯博士最终获得的气凝胶中空气比例占到了体积的99.8。主要成分和玻璃一样也是二氧化硅，但因为它99.8都是空气，所以密度只有玻璃的千分之一。前驱体溶 胶水聚 合 凝胶 气 凝胶气凝胶形成示意图水解缩聚脱水工艺流程图气凝胶的性质与作用气凝胶的性质与作用隔热性气凝胶的特殊结构使气凝胶不同于其他多孔材料的热特性，并且成为最具发展前景的一种超级隔热材料。照片现显示的是用氧炔焰隔着气凝胶加热一朵花隔音性隔音性由于硅气凝胶的低声速特性，它还是一种理想的声学延迟或高温隔音材料。该材料的声阻抗可变范围较大(103107 kgm2s)，是一种较理想的超声探测器的声阻耦合材料初步实验结果表明，密度在300 kgm3左右的硅气凝胶作为耦合材料，能使声强提高30 dB，如果采用具有密度梯度的硅气凝胶，可望得到更高的声强增益。非线性光学性质非线性光学性质由于硅气凝胶的纳米网络内形成量子点结构，化学气相渗透法掺Si及溶液法掺C60的结果表明，掺杂剂是以纳米晶粒的形式存在，并观察到很强的可见光发射，为多孔硅的量子限制效应发光提供了有力证据。利用硅气凝胶的结构以及C60的非线性光学效应，可进一步研制新型激光防护镜。过滤与催化性质过滤与催化性质纳米结构的气凝胶还可作为新型气体过滤，与其它材料不同的是该材料孔洞大小分布均匀，气孔率高，是一种高效气体过滤材料。由于该材料特别大的比表而积。气凝胶在作为新型催化剂或催化剂的载体方而亦有广阔的应用前景。吸附性吸附性它还有环保的优点。气凝胶被科学家们描述为“终极海绵”，其表面的数百万小孔使其成为在水中吸附污染物的理想材料。卡纳茨迪斯已经研制出一种新型气凝胶，用于除去水中的铅和水银。某些形式的气凝胶可吸附溢出的油，可以用它来处理一些环境灾祸。储能性储能性碳气凝胶是继纤维状活性碳以后发展起来的一种新型碳素材料，它具有很大的比表面积(8001000m2g)和高电导率(1025scm)且密度变化范围广(0.051.0gcm3)。如在其微孔洞内充入适当的电解液，可以制成新型可充电电池，它具有储电容量大、内阻小、重量轻、充放电能力强、可多次重复使用等优异特性。初步实验结果表明：碳气凝胶的充电容量达3104kg2，功率密度为7kwkg，反复充放电性能良好。折射率可调性折射率可调性硅气凝胶的折射率接近l，而且对紫外和可见光的湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光中的可见光部分，并阻隔其中的紫外光部分，成为一种理想的透明隔热材料，在太阳能利用和建筑物节能方面已经得到应用。气凝胶的应用气凝胶的应用航天应用航天应用彗星微粒中包含着太阳系中最原始、最古老的物质，研究它可以帮助人类更清楚地了解太阳和行星的历史。2006年，“星尘”号飞船带着人类获得的第一批彗星星尘样品返回地球。美国国家宇航局的“星尘”号空间探测器已经带着它在太空中完成了一项十分重要的使命收集彗星微粒。彗星星尘的速度相当于步枪子弹的6倍，尽管体积比沙粒还要小，可是当它以如此高速接触其它物质时，自身的物理和化学组成都有可能发生改变，甚至完全被蒸发。有了气凝胶，这个问题就变得很简单了。它就像一个极其柔软的棒球手套，可以轻轻地消减彗星星尘的速度，使它在滑行一段相当于自身长度200倍的距离后慢慢停下来。在进入“气凝胶手套”后，星尘会留下一段胡萝卜状的轨迹，由于气凝胶几乎是透明的，科学家可以按照轨迹轻松地找到这些微粒。宇航员登陆火星预定于2018年进行气凝胶正用来为人类首次登陆火星时所穿的太空服研制一种保温隔热衬里Aspen Aerogel公司的一位资深科学家马克克拉耶夫斯基认为，一层18毫米的气凝胶将足以保护宇航员抵御零下130度的低温。他说：“它是我们所见过的最棒的绝热材料。”日常生活应用日常生活应用运动器材公司邓禄普(Dunlop)研制出一系列用气凝胶加固的壁球和网球球拍，据说这种球拍能释放更大的力量。2001年，英国诺丁汉66岁的鲍勃斯托克尔拥有了一套用气凝胶隔热的房子，他也因此成为拥有这种房子的第一位英国人。2000年，一位英国登山者穿上带气凝胶鞋垫的靴子爬上珠穆朗玛峰，就连睡袋也加有这种材料。Hugo Boss公司推出了一系列用这种材料制成的冬季夹克，但在消费者纷纷抱怨这种衣服太热之后不得不下架。军事用途军事用途气凝胶作未来的防弹住宅和军用车辆装甲。在实验室中，一个涂有6毫米气凝胶的金属板在炸药爆炸中几乎毫发无损。