气凝胶的应用

1、气凝胶的应用气凝胶的应用2010年09月25日气凝胶除了在学术领域的研究以外，已经成功应用于不同领域。最早 在Kistler 的帮助下，Monsanto 公司开始销售“ aerogel ”。该公司的产品是 粒状二氧化硅材料。这种材料用于化妆品或牙膏中的添加剂或触变剂。上世纪 八十年代早期，瑞典的 Airglas公司开始生产气凝胶作为切仑可夫(chere nkov)探测器的部件。Jet Propulsi on实验室制备的二氧化硅气凝胶已经在航天飞机上得到使用，用于收集和获得高速宇宙尘埃。由C.Jeff Brinker 和 DougSmith 领导的研究者通过在干燥前化学修饰凝胶表面的方法，取代了

2、超临界干 燥的过程，这成为廉价气凝胶商业化的基础。1992 年，Hoechst 公司(Frankfurt ， Germany)也开始了低价气凝胶粒子的研究。Aeroje 公司 (Sacramento，California) 开始与 Berkeley 实验室(LLNL)合作。在德国， BASF 同时也开发了 CO2取代法，用硅酸钠制备二氧化硅气凝胶珠的方法。气凝胶的独特结构及低热导率、低密度的特性决定其最重要的应用之 一是作为超级隔热材料，可以广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。美国 NASA 已经将气凝胶作为超级隔热材料应用于火星探测器的“漫游车”上，并已 经成功发射到火星。德国的宝马汽车公

3、司(BMW)在水冷散热器上包覆气凝胶层，能够显著提高散热器的使用温度，增强冬季条件下汽车的抗冻能力。SiO2 气凝胶具有高度透光率并能有效阻止环境温度的热辐射，瑞士和德国采用颗粒状气 凝胶设计了透明玻璃墙，它是一种既能过透过太阳光，又能有效积累太阳热量 并抑制热散失的透明隔热体。此外 SiO2 气凝胶窗的开发研究已在德国、英国、 比利时等国的数家公司联合开展，预计SiO2 气凝胶窗具有广阔的市场前景。另外无机气凝胶由于其耐高(AI2O3 气凝胶能耐 2000E高温)、超低密度等特性， 使其成为航空航天器上理想的隔热材料。而意大利佛罗伦萨的“新星公司 (Nove) ”则首先生产以气凝胶为保温 介

4、质的短上衣。这种半透明的保温 介质是 世界上最轻的固体之一，用其制成的保暖上衣自然是轻薄无比。另外，美国 NASA Ames 研究中心开发的陶瓷纤 SiO2 气凝胶复合材料已经用于高马赫数飞行器。2001 年美国 NASA AATD 和 JTCG 基金也展开了旋翼飞行器的轻质气凝胶隔热材料研究(LTIR)及气凝胶与航天器生存能力(ARIAS)的研究。由于气凝胶特有的纳米多孔、三维网络结构，气凝胶具有许多独特的 性能，尤其表现在高孔隙率、低密度、低热导率等方面。下面从气凝胶性能角 度介绍其应用，其中重点介绍气凝胶在热学、电学领域的应用。?气凝胶的热学性质及应用目前，人们用粉末、块状或颗粒状气凝胶

5、替代由弗里昂发制的聚氨酯泡沫作为绝热材料。美国 NASA Ames 研究中心 Susan White 等开发的陶瓷纤 维一硅气凝胶复合绝热瓦，即以原来航天飞机使用的用陶瓷纤维制成的半硬质 隔热瓦为基础， 将气凝胶先驱体注入装有陶瓷纤维板的模具，按照预定的复合 尺寸浇入合适的深度。在充满气凝胶的部分，陶瓷纤维作为支撑骨架，而具有 纳米孔结构的气凝胶充满骨架之间的微米级孔隙。美国“火星探路者”的运载 火箭以及俄罗斯的“和平”号空间站采用了硅气凝胶作为隔热保护材料。?气凝胶的光学性质及应用许多气凝胶能够制成透明或半透明材料，如硅气凝胶。气凝胶的折射 率接近于 1,对入射光几乎没有反射损失，能有效透过

6、太阳光，并阻止环境的 热红外辐射。国外之所以把硅气凝胶称为“冻烟”，是因为硅气凝胶对透射光 的红化现象及折射光呈现蓝色。人们利用气凝胶 介质此特性，最早用于切仑可 夫探测器，与高压气体相比，其操作更简单且安全。超低密度的气凝胶已经被 用作轻质反射器背衬材料。?气凝胶的电学性质及应用在电学性质方面，由于其具有低介电常数、高比表面积、高介电强度 等特点，气凝胶有非常优越的表现。尤其是有机气凝胶和金属氧化物气凝胶， 是非常优异的介电体，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。另外一个重要应用是利用碳气凝胶的导 电性作为理想的高效的超 电容器和电容消离子过

7、程的电极材料；而有些金属氧 化物气凝胶则显示出优越的超导性、热电性和压电性。Polystor 公司推出一种 高性能的碳气凝胶电容器，称为“空气电容器”。其功率为 4 千瓦/千克，接近 于电池的功率。美国海洋研究实验室的 Debra R.Rolison 及 CeliaMerzbacher 带领的小组通过在气凝胶凝胶前掺加其他成分制备出无污染的燃料 电池。?气凝胶的声学性质及应用气凝胶的低声速特性，决定其是一种理想的声学延迟或高效隔音材料。 此材料的声阻抗可变范围较大，是一种理想的超声探测器的声阻耦合材料。利 用气凝胶材料当作窗户，不但透明度高，能量效率也与实心墙相仿，而且降噪 效果比普通的双层 玻璃强两倍。在美国，这种窗户已作为围墙安装在一座新开 张旅馆的游泳池边上。此外，在民用方面；利用气凝胶优异的隔热性能，人们制造了气凝胶 作底衬的衣服，该衣服因穿着后让人感觉太热而一度被人投诉、下家销售。不 少厂家为滑雪，登山运动员专门研制了从鞋垫到睡袋的一系列户外御寒用具。 现在高端化妆品行业也将气凝胶添加