气凝胶简介.ppt

气凝胶 Aerogel 气凝胶 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 这即为气凝胶 也称为干凝胶 气凝胶样品进行的表面形貌分析 气凝胶属于一种固体 但99 是由气体构成 外观看起来像云一样 它有数百万小孔和皱摺 如果把1立方厘米的气凝胶拆开 它会填满一个有足球场那么大的地方 它的小孔不仅能像一块海绵一样吸附污染物 还能充当气穴 气凝胶内含大量的空气 典型的孔洞线度在l l00纳米范围 孔洞率在80 以上 是一种具有纳米结构的多孔材料 在力学 声学 热学 光学等诸方面均显示其独特性质 它们明显不同于孔洞结构在微米和毫米量级的多孔材料 其纤细的纳米结构使得材料的热导率极低 具有极大的比表面积 对光 声的散射均比传统的多孔性材料小得多 这些独特的性质不仅使得该材料在基础研究中引起人们兴趣 而且在许多领域蕴藏着广泛的应用前景 最轻的固体 气凝胶的密度为3 55千克每立方米 仅为空气密度的2 75倍 干燥的松木密度 500千克每立方米 是它的140倍 气凝胶形成示意图 常见的氧化硅气凝胶可以在绝对零度到650 的范围内使用 有些类型的气凝胶最高能承受1400 的高温 非常坚固耐用 可以承受相当于自身质量几千倍的压力导热性和折射率也很低 热绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍 由于具备这些特性 气凝胶便成为航天探测中不可替代的材料 俄罗斯 和平 号空间站和美国 勇气号 火星探测器都用它来进行热绝缘 1999年 美国宇航局给其 星尘 Stardust 号探测器装备了一种塞满气凝胶的棒球手套 用于捕捉彗星尾部的尘埃 2000年 该探测器满载尘埃样本返回地球 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 号飞船将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 气凝胶太空服 派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AspenAerogel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 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 日常生活 运动器材公司邓禄普 Dunlop 已经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 他说 保温效果大大改善了 我把自动调温器调低了5度 这真是一个不可思议的变化 2000年 一位英国登山者安妮 帕曼特尔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 她说 我唯一的问题就是我的脚太热 这对一名登山者来说是一个大难题 HugoBoss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 作为一种新型纳米多孔材料 除硅气凝胶外 已研制的还有其它单元 二元或多元氧化物气凝胶 有机气凝胶及碳气凝胶 作