气凝胶的制备与应用情况

气凝胶的制备与应用气凝胶简介气凝胶制备气凝胶应用未来展望目录气凝胶简介1931年，Kistler通过溶胶—凝胶法水解水玻璃首次制备气凝胶。1932年，Kistler提出“气凝胶”这个术语，指液体被气体取代，不破坏凝胶固体网络的凝胶。水玻璃水解反应二氧化硅气凝胶制备过程气凝胶—“蓝烟”气凝胶维度材料气凝胶分类优点密度低0.16Kg/m3孔隙率高80%—99.8%比表面积大400—1000m2/g导热系数低10mWm-1K-1缺点弹性差制作能耗高耗时强度低气凝胶特点凯夫拉气凝胶SEM电镜图气凝胶制备方法自上而下法LOREM溶胶-凝胶法LOREM气相沉积法LOREM溶胶—凝胶法GelationDryReactionetc.solutionaerogelwetgel凝胶方法化学反应转换溶剂PH，小分子促进剂或高分子温度生物质高分子凝胶化凝胶机理湿凝胶干燥干燥三维空间结构结构塌缩干燥方法干燥方式超临界干燥常压干燥冷冻干燥干燥过程压力—温度路径超临界干燥超临界干燥高压釜示意图不同液体的超临界参数预处理优点：干燥过程主要取决于基体中CO2/溶剂扩散，适用范围最广。局限：耗能高。溶剂置换常压干燥

液体空气常压干燥表面改性溶剂置换扩大孔径预处理疏水化处理优点：低能耗，工艺成熟，广泛应用于疏水气凝胶。局限：密度>0.1g/cm3

，不适用于亲水和脆性基体基体增强回弹效应冷冻干燥干燥机理：通过升华作用避免气—液界面的形成。快/慢速冷冻单向冷冻冷冻干燥机气凝胶冻凝胶湿凝胶预处理加入改性剂（叔丁醇）优点：结晶可以作为模板局限：得不到密度在0.03g/cm3以下的气凝胶，耗能较高。自上而下法1、原材料（生物质材料）处理；2、保留三维网络骨架；3、得到生物质气凝胶。自上而下法制备纤维素气凝胶流程反应过程中木头的结构变化气相沉积法气相沉积法制备SiC气凝胶流程反应过程气相沉积法1：FloatingcatalyticCVD，碳纳米管。2：Low-rateCVD，无定形碳。气相沉积法制备碳纳米管气凝胶流程制备过程气凝胶的应用保温材料01油水分离02传感器03电池04保温材料不同材料导热系数保温原理内部孔径小于空气分子运动平均自由程，失去自由流动能力固体成分少，热传导路径细长，从而大大减轻了固体热传导存在大量的气固界面，大大阻隔了热辐射辐射

对流

传导油水分离石墨烯气凝胶微球用于油水分离石墨烯气凝胶用于油水分离传感器(a,b)压力传感(c,d)温度传感，RH=30%(e,f)湿度传感MIECs纤维素气凝胶锂离子电池纤维素气凝胶薄膜作为凝胶聚合物电解质基体用于锂离子电池凝胶化CAM-4和Celgard2400分别组装电池的电化学性能优点：高孔隙率，优异的力学强度，热稳定性，电化学稳定性和电池性能锂离子电池

(a−c)Fe2O3/GasSEM电镜图

(d)Fe2O3/GasHRTEM电镜图

(e)Fe2O3/Gas氮气吸附/脱附曲线Fe2O3/GAs和

Fe2O3/GNs的电化学性能展望应用领域少：主要用于隔热领域，以硅气凝胶为主，在催化、电化学等其他领域的商业应用亟待开发。制备工艺不足：目前工业生产的气凝胶均未经历溶剂置换步骤，大规模的溶剂置换工艺开发仍待解决。未来主要解决问题：生产工艺的大规划化、原材料获取。A聚合物气凝胶B