2017年气凝胶行业发展前景咨询调研展望报告
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气凝胶调研报告范文一、研究背景气凝胶是一种由固体材料制成的多孔材料,具有低密度、高比表面积和低导热系数等优良性能。
目前,气凝胶在建筑、隔热保温、环境净化、能源存储等领域有着广泛的应用。
为了进一步了解和深入研究气凝胶的特性与应用情况,本次调研将对气凝胶进行全面的调查研究。
二、调研目的1.了解气凝胶的制备工艺及主要原料;2.了解气凝胶的性能特点和应用领域;3.了解气凝胶市场规模和发展趋势。
三、调研方法1.文献资料调研:查阅相关书籍、科研论文和专利,了解气凝胶的制备工艺、优点和应用领域;2.实地考察:通过参观气凝胶生产企业、实验室和工地,了解气凝胶的生产流程、产品应用及用户评价;3.采访调查:通过对气凝胶相关领域的专家、研究者和用户进行访谈,获取他们对气凝胶的看法和建议。
四、调研结果1.气凝胶的制备工艺及主要原料:气凝胶的制备通常采用溶胶凝胶法。
主要原料包括硅源、交联剂、催化剂和溶剂。
常用的硅源有硅酸乙酯、硅酸钠等,交联剂可选择二次硅酸酯、正硅酸酯等。
催化剂一般选择碱性催化剂或酸性催化剂,溶剂主要为水或有机溶剂。
2.气凝胶的性能特点和应用领域:(1)性能特点:气凝胶具有超低导热系数、低密度和高比表面积的特点,因此具有很好的隔热保温性能和较低的能耗。
(2)应用领域:a.建筑领域:气凝胶可以用于建筑保温、隔音和节能,可以应用于外墙保温、屋顶保温和地板保温等方面。
b.空气净化领域:气凝胶可以用于空气净化器的滤芯,具有过滤效果好、使用寿命长的特点。
c.能源存储领域:气凝胶可以用于锂离子电池和超级电容器的隔膜材料,具有良好的导电性和高温稳定性。
3.气凝胶市场规模和发展趋势:据调查数据显示,气凝胶市场规模正在逐年扩大,预计未来几年将保持较高的增长速度。
主要原因是气凝胶具有优良的性能特点,在建筑、环保和新能源领域有着广阔的市场需求。
未来的发展趋势主要集中在提高制备工艺、降低成本和寻找新的应用领域。
五、调研结论与建议通过本次调研,我们了解到气凝胶在建筑、环保和新能源领域具有广阔的应用前景。
2017年气凝胶行业分析报告2017年6月出版1、什么是气凝胶? (4)2、气凝胶的分类 (5)3、气凝胶的制备 (6)3.1、气凝胶的制备过程 (6)3.2、气凝胶的制备技术 (7)3.2.1、溶胶-凝胶技术 (7)3.2.2、干燥技术 (10)3.3、气凝胶改性 (10)4、气凝胶的产品形式及应用 (11)4.1、气凝胶的产品形式 (11)4.2、气凝胶的应用领域 (12)4.2.1、超级绝热材料 (12)4.2.2、储氢材料 (13)4.2.3、环保领域 (13)4.2.4、电化学及电子领域 (13)4.2.5、催化剂及催化剂载体 (14)4.2.6、声阻耦合材料及高效隔音材料 (14)4.3、气凝胶的应用现状 (14)5、气凝胶的应用市场 (14)5.1、气凝胶全球市场分析 (14)5.2、气凝胶国内市场分析 (16)6、全球主要气凝胶生产厂商 (18)6.1、国外主要气凝胶企业 (18)6.1.1、美国 AspenAerogels (18)6.1.2、美国 CABOT (19)6.2、国内主要气凝胶企业 (19)6.2.1、广东埃力生高新科技有限公司 (19)6.2.2、纳诺科技有限公司 (20)图表 1:气凝胶 (4)图表 2:按成分分类的气凝胶 (5)图表3:气凝胶的制备过程 (7)图表 4:无机气凝胶溶胶-凝胶技术 (8)图表 5:RF 气凝胶的制备过程 (8)图表 6:CRF 气凝胶制备 (9)图表 7:SiO2 气凝胶的产品形式 (11)图表 8:与传统保温材料导热系数对比 (12)图表 9:气凝胶全球市场规模 (15)图表 10:全球绝热材料和气凝胶市场规模对比 (15)图表 11:2014 年和 2015 年国内气凝胶产量情况 (16)图表 12:国内气凝胶市场规模预测 (16)图表 13:2019 年国内气凝胶应用占比预测 (17)表格 1:气凝胶的特性及应用 (4)表格 2:常见气凝胶的基本性能 (5)表格 3:Aspen 产品信息 (18)表格 4:CABOT 气凝胶产品分类 (19)表格 5:埃力生产品信息 (19)表格 6:纳诺科技产品信息 (20)表格 7:纳诺科技气凝胶发展历程 (21)1、什么是气凝胶?气凝胶(aerogel)是一种内部网络结构充满气体,外表呈现固体状密度极低的多孔材料,1931 年由美国Kistler.S.发明,因轻若薄雾蓝色泛蓝,又被称为“蓝烟”、“冻结的烟”,是目前最轻的固体材料。
气凝胶行业分析报告气凝胶是一种新型材料,具有轻、强、保温、隔热、吸噪、防火等优良性能,被广泛应用于建筑、汽车、航空航天等领域。
本文将从以下几个方面进行气凝胶行业的分析和研究。
一、定义、分类特点气凝胶是一种具有超低密度、大孔容、高比表面积、多孔连通的固体材料。
根据制备方法和应用领域,可分为硅酸盐型气凝胶、碳基气凝胶、金属氧化物气凝胶、聚合物气凝胶等多个种类。
气凝胶具有轻质、强度高、导热系数低、保温、隔热、吸声、防火等多种优异性能。
二、产业链气凝胶产业链主要包括原材料供应商、气凝胶制备商、加工厂、销售商和最终用户等环节。
其核心在于制备环节,主要技术包括溶胶凝胶法、过渡金属氧化物化学气相沉积法等。
三、发展历程气凝胶的发展历程可以追溯到20世纪30年代实验室内的开发研究阶段。
20世纪70年代,美国和苏联开始将气凝胶应用于太空探索中。
21世纪以来,随着国内外科研机构和企业的不断发展,气凝胶行业得到了迅速发展,应用领域不断拓展。
四、行业政策文件我国对气凝胶行业的政策主要包括节能减排、环境保护、科技创新、人才引导等方面。
《工业节能与清洁生产“十二五”规划》明确提出要推广气凝胶建筑保温材料。
《中国制造2025》提出要推动气凝胶关键技术研究和推广应用。
五、经济环境、社会环境、技术环境气凝胶的广泛应用,不仅可以提高省能减排、节约资源,还可以有效减少建筑工程所产生的工业废弃物对环境造成的污染。
同时,随着科技的进步,气凝胶行业也在不断迭代升级,技术环境逐渐优化。
六、发展驱动因素气凝胶行业的发展受到多种因素的驱动,主要包括消费需求的提高、新技术与新材料的不断涌现、政策引导的加强以及行业竞争的加剧等等。
七、行业现状气凝胶行业发展格局尚处于初期,国内市场还存在发展空间,主要企业主要分布在国内外,国际市场已将气凝胶广泛应用于各界领域。
八、行业痛点气凝胶行业在发展过程中面临的主要问题有技术瓶颈、市场分散、成本高、规模不足、知识产权保护等。
气凝胶调研报告
摘要:
本文是对气凝胶进行的调研报告,首先介绍了气凝胶的定义和
特点,然后分析了气凝胶的制备方法和应用领域,最后对气凝胶的
市场前景进行了展望。
1. 引言
气凝胶是一种具有极低密度和高孔隙率的固体材料,由于其独
特的性质,使得它在许多领域具有广泛的应用前景。
本文通过对气
凝胶的调研,旨在了解气凝胶的制备方法、应用领域和市场前景。
2. 气凝胶的定义和特点
气凝胶是一种由非常小的固体颗粒和气体组成的胶体物质。
它
的特点包括极低的密度、高孔隙率、热绝缘性能和优异的吸附能力。
气凝胶通常由二氧化硅、二氧化铝等材料制备而成,具有极低的热
导率和较好的力学性能。
3. 气凝胶的制备方法
气凝胶的制备方法主要分为超临界干燥法、溶胶-凝胶法和气相沉积法等。
超临界干燥法是目前最常用的制备方法,它通过将溶胶
在超临界条件下干燥得到气凝胶。
溶胶-凝胶法则是通过将胶体溶胶状物质凝胶化制备气凝胶。
4. 气凝胶的应用领域
气凝胶由于其独特的性质,在许多领域都有非常广泛的应用。
在建筑领域,气凝胶可以用于保温、隔热和降噪;在能源领域,气
凝胶可以应用于太阳能电池板和燃料电池等领域;在环境领域,气
凝胶可以用于水处理和空气过滤等;在航天领域,气凝胶可以用于
航天器的隔热保温。
5. 气凝胶的市场前景
目前,随着人们对于节能环保和高效能源利用的需求不断增加,气凝胶作为一种绿色环保材料,其市场前景非常广阔。
预计气凝胶
在建筑、能源和环境等领域将会有较大的应用需求,市场规模将会
大幅度增长。
6. 结论。
气凝胶调研综合报告气凝胶调研综合报告【摘要】本报告旨在对气凝胶进行调研,综合分析其特点、应用、市场前景等方面的情况。
调研结果显示,气凝胶具有优异的保温隔热性能、超低密度、高比表面积等优点,可广泛应用于建筑、能源储存、环境处理等领域。
随着全球环境和节能意识的不断提高,气凝胶市场前景广阔。
【引言】气凝胶是一种由细小固体颗粒和气体相互之间形成的胶状物质,以其极低的密度和出色的绝热性能而备受瞩目。
随着能源资源的短缺和环境污染的严重性不断加剧,气凝胶作为一种环保、高效的材料,得到了广泛的关注和研究。
【特点】气凝胶具有以下几个显著的特点:1. 超低密度:气凝胶的密度通常在0.003-0.3 g/cm³之间,是传统绝热材料的1/10~1/100。
2. 优异的保温隔热性能:气凝胶具有极低的导热系数,可有效减少热传导,具有良好的保温隔热性能。
3. 高比表面积:气凝胶拥有极高的比表面积,使其具有优异的吸附性能,能够吸附和分离各种物质。
4. 耐高温性:气凝胶能够在高温环境下保持稳定,具有优良的阻燃性能。
【应用】气凝胶在各个领域都有广泛的应用,主要包括建筑、能源储存和环境处理:1. 建筑:气凝胶可应用于建筑的保温隔热领域,可以大大减少能耗,提高建筑物的能源利用效率,降低空调和供暖成本。
2. 能源储存:气凝胶作为超级电容器电极材料和锂离子电池的隔膜材料,具有优异的电化学性能和热稳定性,可广泛应用于储能设备。
3. 环境处理:气凝胶具有极高的吸附性能,可以应用于水和空气净化领域,吸附和分离污染物,净化环境。
【市场前景】随着全球对于环境保护和节能减排问题的重视,以及新能源和高效利用能源的需求增加,气凝胶市场前景广阔。
1. 建筑领域:随着绿色建筑、被动式建筑等概念的提出和普及,气凝胶在建筑领域的应用前景广阔。
2. 能源储存领域:随着新能源技术和储能设备的发展,气凝胶作为电极材料和隔膜材料的需求将持续增长。
3. 环境处理领域:气凝胶在水处理和空气净化领域的应用前景广阔,有望为环境污染提供有效解决方案。
气凝胶行业深度分析报告气凝胶是一种新兴的高科技材料,具有独特的物理和化学性质,在多个领域得到了广泛应用。
目前,全球气凝胶市场规模已经超过10亿美元,预计在未来几年内将继续保持快速增长。
以下是对气凝胶行业的深度分析。
一、市场规模分析目前,气凝胶市场已经分为热式、压缩式、超声波形成法、溶胶-凝胶法几大类别,其中以压缩式最为常见。
应用领域主要包括建筑、汽车、能源、环保等多个行业。
气凝胶具有隔热、隔音、吸附等多种功能,被视为替代传统绝缘材料的绝佳选择,因此享有很高的市场需求。
二、市场发展趋势1. 汽车领域需求增加现代汽车使用的许多新技术和设计趋势,如电力和混合动力轿车的兴起,车辆净化系统需求的增加,使气凝胶在汽车工业中的应用变得越来越重要。
随着可持续性问题日益显著,汽车制造商需要更有效地降低车辆能量消耗并更好地满足环保法规。
2. 运动器材应用广泛气凝胶可以用来制造运动衣、鞋子和其他体育设备,以提供绝佳的热度和生物反馈性能。
跑鞋的气凝胶中底已经成为一种著名的技术,因为它们可以减少对关节的冲击,防止运动员的骨骼或肌肉损伤,并提高运动能力和表现。
三、行业发展前景报告显示,未来几年内,全球市场对气凝胶的需求将以10%以上的年复合增长率增长,到2030年有望达到100亿美元以上。
由于气凝胶的性能特点,以及在净化、节能、隔热等领域的应用前景,预计其在未来几年内将保持快速增长。
四、竞争格局全球气凝胶市场竞争相对集中,主要企业包括BASF、Cabot、空气化学、Bayer MaterialScience、NanoPore等,这些企业都在技术、市场共同发力。
在市场份额方面,目前BASF、Cabot等公司占据较大的份额,不过由于中国公司的崛起,未来国外公司的市场份额可能会受到一定影响。
总之,气凝胶是一个充满商机的市场,未来几年市场的发展空间非常广阔。
企业应抓住机遇、加强技术研发、优化产品结构,提高竞争力,争取在市场竞争中占据一席之地。
气凝胶市场调研报告气凝胶是一种新型的无机非金属材料,具有低密度、多孔性和高比表面积的特点。
它由于其优异的物理和化学性质,在各个领域都有广泛的应用,特别是作为隔热材料、吸附材料和催化剂载体。
本文将对气凝胶市场进行调研,分析其发展现状、应用领域、市场规模和潜力等方面。
首先,从发展现状来看,气凝胶市场正在迅速增长。
随着各个领域对高效能隔热材料需求的增加,气凝胶作为一种理想的隔热材料得到了广泛的关注和应用。
同时,在环保和节能意识不断提高的背景下,气凝胶作为一种绿色环保材料受到了市场的青睐。
此外,随着技术的不断进步和应用领域的不断扩展,气凝胶的性能也不断提升,为其市场发展提供了更多的机会和空间。
其次,气凝胶的应用领域广泛。
目前,气凝胶主要应用于建筑、航空航天、电子、能源和环保等领域。
在建筑领域,气凝胶作为一种优异的隔热材料,能够显著降低建筑物能耗,提高能源利用效率。
在航空航天领域,气凝胶可以用于制造轻质隔热材料、热防护材料和吸声材料等,提高飞行器的性能和安全性。
在电子领域,气凝胶被广泛应用于电子器件的隔热、吸声、抗震和阻燃等方面。
在能源领域,气凝胶可用于制备高效能电池材料、催化剂和吸附剂等,提高能源的存储和利用效率。
在环保领域,气凝胶作为一种有效的废气净化材料,可以用于去除有害气体和污染物。
再次,气凝胶市场规模巨大且潜力无限。
目前,全球气凝胶市场规模已达数十亿美元,并且呈现出稳步增长的态势。
预计未来几年,气凝胶市场将继续保持较快的增长速度。
随着技术的发展,气凝胶的性能将不断提升,应用领域将不断扩大,市场规模也将进一步扩大。
此外,随着环保和节能意识的普及,气凝胶在建筑、能源和环保等领域的应用将得到进一步的推广和应用,为气凝胶市场带来更多的发展机遇。
总的来说,气凝胶市场是一个非常有潜力的市场,具有广阔的发展前景。
随着技术的不断进步和应用领域的不断扩展,气凝胶将在各个领域发挥更大的作用,为社会经济的可持续发展做出更大的贡献。
气凝胶行业分析报告气凝胶行业分析报告一、定义气凝胶是一种材料,具有高孔隙度、低密度、低介电常数、低热导率和高表面积等特点。
它主要通过凝胶法、超临界干法和号称干法等方法制备。
由于其轻质、高强度、较强的吸音性能和隔热性能等特点,被广泛应用于建筑、能源、电子、化工等领域。
二、分类特点气凝胶根据化学成分分为有机气凝胶和无机气凝胶两类,有机气凝胶主要基于聚氨酯的气凝胶,而无机气凝胶则基于二氧化硅、氧化铝或氆等材料。
从应用领域来看,气凝胶也可以分为建筑气凝胶、电子气凝胶、软体气凝胶和生物气凝胶等。
三、产业链气凝胶的生产主要分为原材料供应、气凝胶制备、气凝胶成型和气凝胶应用等部分。
原材料主要包括聚氨酯、二氧化硅、氧化铝、松香等,气凝胶制备分为凝胶化合物的合成、原料的混合和溶剂替换、胶体共混、干燥等阶段。
成型包括挤出成型、涂层成型、喷涂成型和注射成型等,应用领域主要包括建筑、能源、电子、化工等。
四、发展历程气凝胶的研究始于20世纪30年代,当时主要应用于空气过滤器和绝缘材料。
1970年代后,欧洲和美国开始关注气凝胶的新颖特性和潜在应用,慢慢地开始研究其在功能制品中的应用。
21世纪初,气凝胶应用领域逐渐拓展,国内外的相关研究不断深入,研发水平有所提高,气凝胶的应用市场也逐步扩大。
五、行业政策文件及其主要内容行业政策文件主要包括《2020年国家关键领域重点产品和服务创新合作联盟指南》,其主要内容是以联盟为基础,汇聚国内外经验,共享相关资源,推进气凝胶优秀新技术、新产品在市场上的应用,促进气凝胶产业可持续发展。
另外,国家发改委、工信部和科技部也发布了一些关于气凝胶的产业政策文件和指导意见,以推动气凝胶产业健康发展。
六、经济环境目前,全球市场上气凝胶的市场规模不断扩大,据市场研究公司预测,到2025年,全球气凝胶市场规模有望达到12亿美元以上。
气凝胶产业也成为一些国家和地区发展战略中的重要支柱产业之一,如美国、德国、日本、新加坡等,这些国家和地区的气凝胶产业发展较为成熟,市场规模较大。
2017年气凝胶行业发展前景展望报告(此文档为word格式,可任意修改编辑!)2017年8月正文目录一、什么是气凝胶? (4)二、气凝胶的分类 (5)三、气凝胶的制备 (6)(一) 气凝胶的制备过程 (7)(二) 气凝胶的制备技术 (7)(三) 气凝胶改性 (12)四、气凝胶的产品形式及应用 (12)(一)气凝胶的产品形式 (12)(二) 气凝胶的应用领域 (14)(三) 气凝胶的应用现状 (17)五、气凝胶的应用市场 (17)(一)气凝胶全球市场分析 (17)(二) 气凝胶国内市场分析 (18)六、全球主要气凝胶生产厂商 (21)(一)国外主要气凝胶企业 (21)(二)国内主要气凝胶企业 (23)图目录图1:气凝胶 (5)图2:按成分分类的气凝胶 (6)图3:气凝胶的制备过程 (7)图4:无机气凝胶溶胶-凝胶技术 (8)图5:RF气凝胶的制备过程 (9)图6:CRF气凝胶制备 (10)图7:SiO2气凝胶的产品形式 (13)图8:与传统保温材料导热系数对比 (15)图9:气凝胶全球市场规模 (18)图10:全球绝热材料和气凝胶市场规模对比 (18)图11:2014年和2015年国内气凝胶产量情况 (19)图12:国内气凝胶市场规模预测 (20)图13:2019年国内气凝胶应用占比预测 (21)表目录表1:气凝胶的特性及应用 (4)表2:常见气凝胶的基本性能 (6)表3:Aspen产品信息 (22)表4:CABOT气凝胶产品分类 (23)表5:埃力生产品信息 (23)表6:纳诺科技产品信息 (24)表7:纳诺科技气凝胶发展历程 (25)一、什么是气凝胶?气凝胶(aerogel)是一种内部网络结构充满气体,外表呈现固体状密度极低的多孔材料,1931 年由美国 Kistler.S.发明,因轻若薄雾蓝色泛蓝,又被称为“蓝烟”、“冻结的烟”,是目前最轻的固体材料。
它的网络结构一般是由相互交联的纳米颗粒所组成,其中颗粒内部的孔隙主要是微孔,颗粒与颗粒之间则大多是2 nm上的中孔或大孔。
气凝胶具有低密度(~ 0.16 mg/cm3)、高比表面积(400-1000 m2g-1)、高孔隙率(90%-99.8%)、低热导率(~ 0.012 Wm-1k-1)、结构可控等诸多优异性能,被称为改变世界的神奇材料,列入20世纪90年代以来10大热门科学技术之一,具有巨大的军民两用应用价值。
表1:气凝胶的特性及应用图1:气凝胶二、气凝胶的分类气凝胶通常有四种分类方式:从外观特点可以被划分为块状、粉状以及薄膜状气凝胶;从制备方法可被划分为气凝胶、干凝胶和冻凝胶;从不同的微结构可以被划分为微孔,介孔以及混合孔洞气凝胶。
从成分构成分类是气凝胶最普遍的区分方式,分为单一组分和复合组分两大类。
单一组分气凝胶包括氧化物气凝胶(二氧化硅和非二氧化硅),有机气凝胶(树脂基和纤维基),碳气凝胶(碳化塑料、碳纳米管和石墨烯),硫化物气凝胶和其他种类的气凝胶(单一元素、碳化物);复合组分气凝胶包括多组分气凝胶、梯度气凝胶以及微/纳气凝胶复合物。
其中硅气凝胶、碳气凝胶和二氧化硅气凝胶最常见。
图2:按成分分类的气凝胶表2:常见气凝胶的基本性能三、气凝胶的制备(一) 气凝胶的制备过程气凝胶的制备过程主要包括三个重要步骤,由于气凝胶的应用性设计是基于它的性能,而性能由其结构来决定,因此在制备过程中微结构的调控是十分重要的。
(1)溶液到溶胶过程:纳米尺度的胶体粒子通过缩聚和水解反应在均匀的前驱物溶液中形成,或是通过催化剂来催化加速。
(2)溶胶到凝胶的过程(凝胶):溶胶粒子之间手拉手连接,分层装配进一个具有连续网状结构的湿凝胶。
(3)凝胶到气凝胶的过程(干燥):这个过程中湿凝胶中的溶剂被空气所替代,同时不会有严重的微结构破坏。
图3:气凝胶的制备过程(二) 气凝胶的制备技术气凝胶的制备技术主要包括溶胶-凝胶技术和干燥技术,前者主要是获得具有一定空间网络结构的含有少量催化剂的醇凝胶,后者则是去掉醇凝胶网络骨架中的溶剂得到最终的气凝胶材料。
(1)溶胶-凝胶技术a、无机气凝胶的溶胶-凝胶技术:目前研究最多的无机气凝胶是硅气凝胶。
在溶胶-凝胶过程中通过硅源物质的水解和缩聚获得具有三维网络结构的SiO2凝胶,反应生成以≡Si-O-Si≡为主体的聚合物,再经过老化阶段后,形成网络结构的凝胶。
在凝胶形成的过程中,部分水解的有机硅发生缩聚反应,缩聚的硅氧链上未水解的基团可继续水解。
通过调节反应溶液的酸碱度,控制水解-缩聚过程中水解反应和缩聚反应的相对速率,可得到凝胶结构。
在酸性条件下(pH=2.0-5.0),水解速率较快,体系中存在大量硅酸单体,有利于成核反应形成较多的核,但尺寸都较小,最终将形成弱交联度、低密度网络的凝胶;在碱性条件下,缩聚反应速率较快,硅酸单体一经生成即迅速缩聚,因而体系中单体浓度相对较低,不利于成核反应,但利于核的长大及交联,易形成致密的胶体颗粒,最终得到颗粒聚集而成的胶粒状凝胶。
强碱性或高温条件下Si-O键形成的可逆性增加,即SiO2的溶解度增大,使最终凝胶结构受热力学控制,在表面张力作用下形成由表面光滑的微球构成的胶粒聚集体。
许多研究尤其是氧化铝、氧化钛气凝胶的制备都采用类似的方法。
图4:无机气凝胶溶胶-凝胶技术b、有机气凝胶的溶胶-凝胶技术:有机气凝胶包括树脂基气凝胶和纤维素基气凝胶。
首批树脂气凝胶是通过碳酸钠催化水中的间苯二酚和甲醛的聚合产生的(即RF气凝胶),是目前研究最多的有机气凝胶。
下面仅以RF气凝胶为例介绍有机气凝胶的生成机理:第一步是加成反应,间苯二酚和甲醛在碱催化条件下形成单/多元羟甲基间苯二酚;第二步是缩聚反应,发生在中间体单/多元羟甲基间苯二酚的羟甲基(-CH2OH)和苯环上未被取代的位置之间,以及2个羟甲基之间,分别形成以亚甲基键(-CH2-)和亚甲基醚键(-CH2OCH2-)连接的基元胶体颗粒,在这些基元胶体颗粒中,小颗粒的溶解能力比大颗粒强,其易于溶解而使大颗粒继续生长成 RF团簇,RF团簇进一步缩聚最终形成网络状聚合物,即RF有机气凝胶。
图5:RF气凝胶的制备过程c、碳气凝胶的溶胶-凝胶技术:第一批碳气凝胶诞生于1989年,是通过RF气凝胶的碳化而制得(即CRF气凝胶)。
制备碳化气凝胶的基本思路是将高含碳率的样品在高温(通常800-1200 C)、常压以及惰性气体的环境下热解。
1996年Hanzawa等人研制出了一种制备极高比o表面积的CRF气凝胶的方法,该种方法通过使用二氧化碳活化碳骨架产生更多的孔(主要是微孔),得到更多的有利于催化作用、吸附作用、去离子作用和电化学作用应用的活化界面。
直到2011年CRF 气凝胶的制备才有了本质的革新,Pauzauskie等人通过使用激光加热金刚石对顶砧制造出高温高压环境,在这样的环境下将不规则的CRF气凝胶结晶成金刚石气凝胶。
这一惊人的转变证明了通过严格的结晶过程和相变过程气凝胶还可以保持它的纳米骨架,拥有气凝胶态的钻石具有十分广阔的应用前景。
图6:CRF气凝胶制备(2)干燥技术a、超临界干燥技术是干燥工艺中较为经典的干燥方法,其原理是通过高温、高压使干燥介质(常用二氧化碳)达到超临界状态,消除气-液界面,有效避免表面张力的产生,保持凝胶的良好性能,该技术可以制得无裂纹、透明、超低密度(密度小于3kg/m3)的SiO2气凝胶。
从产品性能的角度考虑,超临界干燥至今仍具有不可替代的优势并已经实现了工业化,但是高达数十乃至上百个大气压的临界压力对设备、成本、操作技术以及安全都会造成负面影响,尤其容易出现设备爆炸的事故,因此目前研究人员正在不断研究和尝试新的干燥技术来替代超临界干燥。
b、亚临界干燥技术是相对于超临界干燥技术而言的,是指调节干燥过程的实验参数,控制高压釜内的温度和压力于干燥介质的超临界点以下的干燥方法。
亚临界干燥使得制备压力从6.4 MPa降至2.3 MPa,降低了制备成本和安全风险,同时SiO2气凝胶的疏水性能提高了其环境适应性。
c、冷冻干燥技术是在低温、低压下把液-气界面转化为气-固界面,固-气转化避免了在凝胶孔内形成弯曲液面,再使溶剂升华,消除了毛细管力的影响,进一步实现凝胶的干燥。
冷冻干燥是一种新型的气凝胶干燥技术,但由于纳米结构硅凝胶的冷冻干燥可能产生气孔坍塌甚至成为粉末,其不能制备出单片集成电路气凝胶。
d、常压干燥技术:由于超临界干燥工艺复杂、成本高,且具有一定的危险性,其他干燥工艺发展还不够成熟,以合理的成本大规模制备气凝胶一直是具有挑战性的课题。
采用常压干燥技术制备气凝胶既降低了危险性,又减少了成本,能在常温常压下制备出块体气凝胶材料,具有很高的实用价值,因此常压干燥技术是目前非超临界干燥技术的主要研究方向。
(三) 气凝胶改性气凝胶材料本身具有强度低、脆性高的缺点,为了克服这一缺点,需要对气凝胶材料进行改性。
目前气凝胶材料改性最常用的方法就是掺杂,即加入掺杂剂或者增强/增韧材料,制备复合气凝胶材料。
复合气凝胶材料的制备方法通常有两种:一种是在凝胶过程前加入掺杂材料;另一种是先制备气凝胶颗粒或者粉末,再加入掺杂材料和黏结剂,经模压或注塑成型制成二次成型的复合体。
常用的掺杂材料有玻璃纤维、莫来石纤维、岩棉、硅酸铝纤维等。
掺杂材料种类的选择主要依气凝胶复合材料的应用目的而定。
四、气凝胶的产品形式及应用(一)气凝胶的产品形式当前气凝胶的产品形态主要有保温气凝胶毡、板、布、纸、颗粒、粉末和异形件等。
气凝胶毡、板、布、纸和异形件,都是气凝胶与相应产品形态的纤维复合所得产品,基本的技术工艺是类似的,但是产品应用有较大的区别。
图7:SiO2气凝胶的产品形式气凝胶毡是当前产量最大、应用最广的气凝胶产品,美国的某气凝胶企业更是挑明了只生产气凝胶毡,航天军工、石油化工、冶金建材、冰箱冷库等所有应用领域都可以采用气凝胶毡。
气凝胶布、纸和异形件主要用于一些特殊需要领域。
如气凝胶布主要是服装鞋帽领域,气凝胶纸(薄毡)主要是热电池和一些空间极小或管径极细或希望缠绕施工的领域,气凝胶异形件基本上都是军工应用和制作可拆卸保温套。
气凝胶板,其实毡与板一个主要区别仅仅是硬度的不同,毡有柔韧性可卷曲,板有一定的刚度,不易弯曲。
板的主要应用是大型设备保温以及未来的建筑节能内外墙的保温。
对板而言,当前一个挑战就是厚度,客户往往希望可以达到5-10cm的厚度,而目前气凝胶产品最大厚度仅为1cm。
以上产品共同面临的一个问题就是产品表面粉尘,也是气凝胶产品除了高成本外的又一痛点,国外某公司产品对该问题已经有显著改善,国内目前还没有无尘产品上市,但应该很快也会攻克。
气凝胶颗粒,目前主要应用是利用气凝胶透明性,填充在PC板或者中空玻璃中做采光隔热板,虽有一定市场应用但是规模较小。