胶凝材料学34.ppt

1、纳米气凝胶/纤维复合保温隔热材料,主讲人：彭戴 组员：刘涛 彭飞,1.气凝胶的定义 2.气凝胶的发展 3.气凝胶的保温性能 4.气凝胶及其复合材料的制备 5.纳米气凝胶的相关应用,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。 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”。,气凝胶的定义,1931年，美国斯坦福大学Kistler通过水解水玻璃首次制备得到气凝胶。 1985年，德国维尔兹堡大学物理所组织召开首届“气凝胶国际研讨会”。 1993年，气凝胶被应用到宇航服

2、、太空飞船、航天飞机等。 2002年，美国宇航局创立Aspen气 凝胶公司以供研发和生产气凝胶。,气凝胶的发展,纳米级材料（50nm） 低导热系数（0.013W/(Km)） 低密度（3kg/m3 ） 高孔隙率（催化剂、吸附剂） 低折射率,气凝胶的特性,对流：当气凝胶材料中的气孔直径小于70nm时，气孔内的空气分子就失去了自由流动的能力，相对地附着在气孔壁上，这时材料处于近似真空状态。 辐射：由于材料内的气孔均为纳米级气孔再加材料本身极低的体积密度，使材料内部气孔壁数日趋于“无穷多”，对于每一个气孔壁来说都具有遮热板的作用，因而产生近于“无穷多遮热板”的效应，从而使辐射传热下降到近乎最低极限 热

3、传导：由于近于无穷多纳米孔的存在，热流在固体中传递时就只能沿着气孔壁传递，近于无穷多的气孔壁构成了近于“无穷长路径”效应，使得固体热传导的能力下降到接近最低极限,气凝胶保温绝热原理,纳米气凝胶保温隔热材料的优势,纳米技术应用于保温隔热材料领域，可克服传统保温隔热材料无法解决的难题，为开发高性能保温隔热材料指明了方向，更能满足工业化生产的需要。,纳米SiO2气凝胶绝热材料,纳米SiO2气凝胶,Hanopore、Aeoojet、BASF、OESY、Hoechst、LONO等大型企业广泛开展纳米气凝胶的规模生产和商业应用研究, 纳米效应 孔隙率高 空隙尺寸小 比表面积大, 降低导热系数 减少用量,纳

4、 米 化 优 势,纳米气凝胶/纤维材料,纳米气凝胶/纤维复合融合纳米气凝胶热稳定、低热导等技术特点，研制的新型保温隔热材料在提高高温稳定性、降低能耗等方面显示出突出优势。,低成本 无污染工艺,规模化生产,室温高温 低热导,纳米复合,常压制备SiO2气凝胶,自行研制的SiO2气凝胶的扫描电镜（SEM）照片,不同pH值下的体系胶凝时间条件,影响因素：羟乙基纤维素、尿素、乙酸、氨水,无水乙醇：硅溶胶体积比不同条件下形成的湿凝胶,无水乙醇：硅溶胶为2:1时不同ph下湿凝胶,无水乙醇：硅溶胶为2:1 ph=10.4 时气凝胶SEM图,原位法制备的气凝胶 （无水乙醇：硅溶胶1：1）,表面后处理法制备的气凝

5、胶 （无水乙醇：硅溶胶1：1）,纳米复合保温隔热材料工艺,浸渍纤维,前驱体,凝胶干燥,复合体,凝胶化,70-90,140,SiO2气凝胶/硅酸铝纤维复合材料制品的照片,95反应样品的SEM形貌 与 110反应样品的SEM形貌,V硅溶胶：V无水乙醇=1：1 SEM图像 与 V硅溶胶：V无水乙醇=2:1 SEM图像,弯曲实验数据表,拉伸实验数据表,弯曲力-位移曲线,拉伸力-位移曲线,浸渍所用体积与密度的关系,俄罗斯“和平号”空间站,“火星漫步者”，抵挡入夜-100超低温,美“火星探路者”探测器 （保护机器人电子仪器设备）,纳米气凝胶相关应用,美宇航服气凝胶材质的隔热内里 该夹层约18毫米厚度 能够

6、帮助宇航员承受抗击 1400的高温-130的超低温 ,宇宙飞船重返地面 高速飞行中承受大气层剧烈摩擦 气凝胶隔绝千摄氏度高温 保障航天器安全返还,军 事 应 用,美DDG51驱逐舰,船舶保温，如锅炉、舱壁、舱体、 甲板、热力源、管道、烟囱和甲板等,英美洲豹战斗机机舱隔热层,美鱼鹰直升机舱壁隔热,工业设备及管道的保温,锅炉、炼解炉、干燥机和窑的保温,导管、烟道的保温,沉淀器/过滤器的内衬的保温,储罐的保温,汽轮机的保温,蒸馏塔的保温,流程管道的保温,冷流程管道的保温,容器保温,阀门箱和其他松散填充材料的保温,Hugo boss “零夹层”气凝胶纤维 3mm防风衣 （40mm羽绒服）,纤维加气凝胶内