纳米气凝胶绝热板特性

通过技术创新降低二氧化硅气凝胶保 温材料的生产成本，提高生产效率。
加强二氧化硅气凝胶保温材料的市场 推广，提高消费者对产品的认知度和 接受度。
拓展应用领域
进一步拓展二氧化硅气凝胶保温材料 在建筑、航空航天、工业等领域的应 用范围。
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二氧化硅气凝胶保温材料 的应用案例
建筑保温领域的应用
节能建筑
二氧化硅气凝胶保温材料具有优良的保温性能，可以有效降低建筑物的热损失， 提高建筑的能效。
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它具有高比表面积、低导热系数 、高孔隙率等特点，能够有效地 隔绝温度传递，从而实现保温效 果。
二氧化硅气凝胶保温材料的特性
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高效保温
二氧化硅气凝胶保温材料的导 热系数极低，能够有效阻止热
传导，提高保温效果。
轻质柔软
二氧化硅气凝胶保温材料具有 极高的孔隙率和比表面积，质
地轻盈柔软，方便使用。
航空航天
二氧化硅气凝胶保温材料因其 轻质柔软、高效保温等特性， 在航空航天领域也有广泛应用 。
其他领域
除了上述领域，二氧化硅气凝 胶保温材料还可应用于汽车、
船舶、家电等领域。
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二氧化硅气凝胶保温材料 的制备方法
溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是一种常用的制备二氧化硅气凝胶保温材料的方法。
该方法通过将硅酸酯或硅烷醇溶液进行水解和缩聚反应，形成溶胶，再经过凝胶化 、老化、干燥和热处理等步骤，制备出二氧化硅气凝胶。
二氧化硅气凝胶具有较好的化学稳定性，不易与酸、碱等物质发生化学反应， 能够适应各种复杂环境。
长期稳定性好
在长时间的使用过程中，二氧化硅气凝胶的性能不易发生变化，具有较长的使 用寿命。
环境友好性

气凝胶的性质与应用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。

一．气凝胶的热学性质及应用气凝胶是一种轻质纳米多孔材料，其纤细的纳米多孔网络结构使其能够有效限制固态热传导和气态热传导；并且由于材料内部大部分气孔尺寸小于50nm，可以消除大部分热对流从而使对流传热大幅度降低。

室温常压下粉末气凝胶热导率低于0.02W/mK；块状气凝胶的热导率低于0.014W/mK，比静止的空气(0.022W/mK)绝热性能好，与当前使用的泡沫保温材料如聚氨酯(0.03W/mK) 也低得多，气凝胶的固态热导率比相应的玻璃态材料低2－3个数量级，可见气凝胶具有优异的绝热性能，是纳米孔超级绝热材料（在预定的使用条件下, 其导热系数低于“无对流空气”导热系数的绝热材料）的纳米孔载体。

目前，人们用粉末、块状或颗粒状气凝胶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-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。

美国的“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。

二．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。

SiO2气凝胶的热特性及其在隔热保温领域的应用摘要：SiO2气凝胶独特的结构使其具有不同于一般材料的热传导方式。

本文分析了SiO2气凝胶热传导途径并提出了降低SiO2气凝胶导热系数的方法，同时归纳了SiO2气凝胶作为超级绝热材料应用于隔热保温领域的一些研究进展及应用前景。

关键词：SiO2气凝胶热传导隔热材料1. 引言全球工业化飞速发展所伴随的能源危机和环境问题，对世界经济和人类生存的威胁日趋严重，因此研究开发和应用新型绝热材料对于实现国家节能减排目标具有迫切必要性和现实重大社会和经济意义。

而SiO2气凝胶是一种具有低密度、高孔隙率、低热导率的纳米轻质多孔材料，它优异的隔热保温性能对于能源领域的节能环保提供了重要的发展契机。

2. SiO2气凝胶的热特性由于SiO2气凝胶的纳米尺度颗粒和孔隙，以及连续的空间网络结构，它具有很低的热导率；而材料的热传导主要通过对流、辐射、热传导三种方式来实现，因此需要从材料的传热途径入手降低它的导热系数。

2.1 SiO2气凝胶的热传导途径导热系数是衡量绝热材料性能优劣的主要指标。

大部分绝热材料的热传导主要通过气体的对流传导、气相热传导、固相热传导、红外辐射传热四种途径实现。

在SiO2气凝胶纳米空隙中的气体和固体颗粒表面之间的热传输中，因为紧靠固体表面的气体静止不动或者做层流运动，所以在固体－气体表面热量输运的机理本质上是属于传导类型。

在纳米级结构的SiO2气凝胶中，气体往往被分隔或封闭在无数微小空间之内，因此对流传热量所占比例很小。

一般来说材料的孔尺寸小于1mm时，对流引起的热传导可以忽略，而气凝胶孔径多分布在5~50nm 之间，所以不考虑对流传热的影响。

按照分子运动及碰撞理论，气体传递能量主要通过较高温度高速运动的分子与较低温度低速运动的分子碰撞实现。

由于SiO2气凝胶中的微孔尺寸小于空气中占主要成分的氮气和氧气的自由程70nm，气体分子频繁地与凝胶骨架碰撞，热能转移到气凝胶的结构上，从而气相传导受到限制，SiO2气凝胶得到比无对流空气更小的导热系数。

一、气凝胶：世界上最轻的气体
英文aerogel，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。
被称为冷烟、固体烟、固体空气或者蓝烟的气凝胶是目前已知 固体物质中最轻并且性能最好的隔热材料，其体积的90%以上都是 极微小的纳米孔洞，其余部分由三维纳米网状孔壁构成。
气凝胶内部充满了两端开放并与表面相通的纳米孔，其 高达1000m2/g的比表面积说明了其中包含孔的数量之多， 因此声音在其中传播时，声能将被其大量存在的孔壁大 大消耗，这使得气凝胶具有比普通多孔材料高数十倍的 吸声效果。
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由于气凝胶的密度可以通过改变制备条件对其进行控制，因此使得声 阻亦可调。这一特性使得气凝胶可作为声阻耦合材料，如作为压电陶 瓷与空气的声阻耦合材料。 水声反声材料是指声波由水中入射到材料层上能无损耗地全部反射 出去的材料。
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3、催化特性及其应用
超微粒子特定的表面结构有利于活性组分的分散,从而可以对许多催化 过程产生显著的影响。气凝胶是一种由纳米粒子组成的固体材料，具有小 粒径、高比表面积和低密度等特点，这些特点使气凝胶催化剂的活性和选 择性均远远高于常规催化剂，而且活性组分可以非常均匀地分散于载体中， 同时它还具有优良的热稳定性，可以有效的减少副反应发生。因此气凝胶 作为催化剂，其活性、选择性和寿命都可以得到大幅度地提高，具有非常 良好的催化特性
三、基本特性（5大特性，主要介绍3点）
1、热学特性及其应用 气凝胶的纳米多孔结构使它具有极佳的绝热性能，其热导率甚至比
空气还要低，空气在常温真空状态下的热导率为0.026W/(m·k)，而 气凝胶在常温常压下的热导率一般小于0.020W/(m·k)，在抽真空的 状态下，热导率可低至0.004W/(m·k)。