气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量,有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。这种新材料看似脆弱不堪,其实非常坚固耐用,能承受1400摄氏度的高温。气凝胶的这些特性在航天探测上有多种用途。俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路者”探测器上,都用到了气凝胶材料。美国国家宇航局研制出的一种新型气凝胶,由于密度只有每立方厘米3毫克,曾作为“世界上密度极低的固体”入选《吉尼斯世界纪录》。2013年2月27日,中国浙江大学高分子科学与工程系实验室的研究团队制作,由高超教授(中国)领导制作的石墨烯气凝胶,密度为0.16mg/cm³。创造了新的吉尼斯世界纪录。该材料于2013年2月27日在《自然》杂志上公布。气凝胶材料保存期长,性能稳定不变异。安徽气凝胶一站式服务
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。隔热玻璃气凝胶值得推荐3mm厚的气凝胶防风衣在面对恶劣环境时足以保持人类体表温度。
气凝胶可与玻璃纤维、陶瓷纤维或者碳纤维进行复合,提高体系的结合力,使表面不易脆裂粉化。常见的产品如气凝胶玻璃纤维毡、气凝胶陶瓷纤维毡、预氧化纤维等,该类产品主要应用于管道炉体等保温隔热,可取代聚氨酯泡沫、石棉保温垫、硅酸盐纤维等不环保、保温性能差的传统柔性保温材料。在气凝胶基体材料表面强度与韧性的材料进行复合,可提高整个材料体系的强度,拓宽更多的应用领域。纯纤维毡虽然有隔热效果,但是表面纤维容易断裂粉化,造成浮纤或粉末污染,不适合长时间在高温、压缩和振动条件下使用。为解决该问题,市场上出现了一种新的气凝胶材料复合办法。在气凝胶复合层的外部覆盖一层更强度、高韧性的材料如膨体聚四氟乙烯和阻燃 PET 纤维的复合层,这类材料能够应用在汽车隔热等特殊领域。
ZrO2气凝胶材料与SiO2气凝胶材料相比,ZrO2气凝胶的高温热导率更低,更适宜于高温段的隔热应用,在作为高温隔热保温材料方面具有极大的应用潜力。ZrO2气凝胶材料的孔径小于空气分子的平均自由程,在气凝胶中没有空气对流,孔隙率很高,固体所占的体积比很低,使气凝胶的热导率很低。目前关于ZrO2气凝胶应用于隔热领域的报道还比较少,研究者主要致力于ZrO2气凝胶制备工艺的研究。Al2O3气凝胶材料具有纳米多孔结构、使其具有更轻质量、更小体积达到等效的隔热效果,同时具有高孔隙率、高比表面积和开放的织态结构,在催化剂和催化载体方面具有潜在的应用价值。氧化铝气凝胶还可用作高压绝缘材料,高速或超速集成 电路的衬底材料,真空电极的隔离介质以及超级电容器。气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量,有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。
在石化领域,气凝胶凭借优越的隔热保温性能可以作为外保温材料,如蒸馏塔、反应管道、储罐、泵、阀门、天然气和LNG液化气管道、深海管道等等。在高温蒸汽、导热油或流体介质管线外包裹气凝胶,一方面减少了管道暴露损失热量,另一方面这些区域往往受到重量、空间的限制,需要保温材料轻量又轻薄,气凝胶是完美契合的材料。同时,在海上漏油事故处理中,气凝胶质量轻、吸附能力极强,也得到认可。在环保领域,纤维素气凝胶可作为吸附剂从水中吸附油和其他有毒有机物,被很多地应用于吸附脱除染料废水。此外,生物质碳气凝胶可以去除水中的多种重金属离子,如Co(II)、Cd(II)、Pb(II)和Sr(II)。在建筑领域,房屋门窗、墙壁的隔热保温正越来越被重视。现有的保温材料或隔热能力不够理想,或达到理想效果厚度太厚、太重,也有一些隔热能力较好的材料但阻燃能力不佳,容易引发房屋火灾。而气凝胶既可以作为现有保温材料的升级替代,同时兼顾防火、隔声等功能,有望颠覆建筑保温材料现有格局。气凝胶材料对生态环境环保友好。安徽气凝胶一站式服务
气凝胶材料修复和恢复简捷,维护费低。安徽气凝胶一站式服务
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。安徽气凝胶一站式服务