气凝胶隔热保温复合材料

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。

纳米孔气凝胶复合绝热制品是一种新型的绝热材料，其在建筑和工程领域中具有广泛的应用前景。

对于这种制品的施工标准，一直以来都备受关注。

本文将从多个角度对纳米孔气凝胶复合绝热制品的施工标准进行全面评估，并撰写一篇有价值的文章。

1. 纳米孔气凝胶复合绝热制品概述纳米孔气凝胶复合绝热制品是一种新型的高效保温隔热材料，具有优异的绝热性能和良好的耐久性，能够有效地降低建筑物和设备的能耗。

其主要由纳米孔气凝胶和其他复合材料制成，具有轻质、柔软、易施工等特点，因此备受建筑、工程等行业的青睐。

2. 纳米孔气凝胶复合绝热制品的施工标准2.1 材料准备在施工纳米孔气凝胶复合绝热制品之前，首先要对材料进行充分的准备。

这包括对纳米孔气凝胶和其他复合材料的检查、保管和处理。

在这一步骤中，必须严格按照相关标准进行操作，确保材料的质量和稳定性。

2.2 施工工艺纳米孔气凝胶复合绝热制品的施工工艺是关键的一步。

在施工过程中，需要控制好施工温度、气湿度、材料湿度等参数，以保证施工质量。

在这一环节，施工人员必须严格遵守相关的规范和标准，确保施工的稳定性和可靠性。

2.3 施工环境施工环境对纳米孔气凝胶复合绝热制品的施工质量有着重要影响。

施工环境应该符合国家建筑规范的相关要求，并且要进行必要的检测和调整。

为了确保施工环境的合适性，施工单位应严格按照标准要求执行。

2.4 质量检测施工完成后，需要对纳米孔气凝胶复合绝热制品进行质量检测。

这需要使用相关的检测仪器和设备进行测量和分析，以确保制品的绝热性能和稳定性。

在这一步骤中，施工单位必须按照相关标准进行操作，确保检测结果的准确性和可靠性。

3. 个人观点和理解纳米孔气凝胶复合绝热制品作为一种新型的绝热材料，其在建筑和工程领域中的应用前景十分广阔。

在施工过程中，严格遵守相关的标准和规范，是保证制品质量和施工效果的关键。

我个人认为，只有当各个环节都严格按照标准操作，我们才能够获得高质量、持久耐用的纳米孔气凝胶复合绝热制品。

气凝胶的应用领域
气凝胶是一种具有极低密度（通常小于1 g/cm³）和高孔隙度
的固体材料。

其应用领域十分广泛，包括但不限于以下几个方面：
1. 保温材料：气凝胶具有极低的热导率，可以用作高效保温材料，用于建筑物的隔热、冷藏车辆的保温、石油管道和储罐的保温等。

2. 治理环境污染：气凝胶可以用于油水分离、水处理、空气净化等领域，例如将其用于处理工业废水、净化室内空气中的有害物质。

3. 声波隔离：由于其孔隙结构和低密度，气凝胶可以用于吸音和隔音，用于制造隔音板、声音处理设备等。

4. 轻质复合材料：气凝胶可以与其他材料如聚合物、金属等结合，制造轻质复合材料，用于汽车、航空航天等领域，减轻材料的重量。

5. 热采油改进：气凝胶可以用于热采油领域，将其注入油藏中，减少热量损失、提高采油效率。

6. 电子器件保护：由于其良好的隔热性能和抗震动性能，气凝胶可以用于电子器件的保护，减少温度变化和震动对电子器件的影响。

7. 生物医学：气凝胶可以应用于生物医学领域，如药物缓释、组织工程、人工器官等方面。

8. 其他方面：气凝胶还有许多其他的应用领域，如火灾安全材料、太阳能吸收材料、船舶浮力材料等。

总之，气凝胶的应用领域非常广泛，正在不断地被发掘和拓展。

气凝胶Aerogel保温材料弹性的高温隔热保温毯Pyrogel®XT是一种高温隔热保温毯，由气凝胶和超细玻璃纤维组合有效结合而成。

气凝胶是所有已知固体材料中导热系数最低的材料，Pyrogel®XT具有行业领先的保温隔热性能，且是一种柔韧且有弹性、环境友好型和易于使用的材料。

Pyrogel®XT是管道、容器、槽罐和设备等的理想保温材料，是那些实现最优隔热效果的必不可少的材料，能以最少的材料达到最好的保温效果。

优势卓越的隔热保温性能隔热性能最高可达传统竞争材料的5倍甚至以上。

减少保温材料的厚度和数量等同的隔热效果，只需要1/2到1/8的厚度。

减少安装时间和人工易于根据复杂的形状、弯曲度和空间限制等来裁剪材料和安装。

材料结实耐用材料柔韧且具弹性，在受压高达100psi之后保温性能仍能恢复。

运输和仓储成本的降低材料的使用数量减少、包装密度高和废品率低，能够减少一个工程的物流成本，如使用硬质预制保温材料的工程，可节省5倍以上。

仓储简单化不像硬质的预制管套或者保温板，卷状的Pyrogel®XT能够满足所有形状或者设计的需要。

防水同时又能透气Pyrogel®XT能够阻止液态水通过，同时有允许水蒸汽透过，这个能够预防保温下的腐蚀问题。

环境友好可以通过土埋法处理，无铅，不含可吸入性纤维，对人体皮肤也无刺激作用导热系数ASTM C177测试结果Pyrogel®®XT安全防护所需厚度Pyrogel设计条件：环境温度=86°F(30°C)风速＝2.2mph(1m/s)表面发射率=0.15此计算仅仅是提高案例参考。

实际工作状况需要根据现场情况再做精确计算，请联系Aspen Aerogels®的技术人员获得技术协助。

通过的相关测试及性能特性yrogel®XT可用传统的切削工具，包括剪刀，工具刀以及刀片等切割。

材料稍微有点粉尘，建议带手套、安全眼镜和口罩来操作，可以参照物资安全资料表（MSDS）。

二氧化硅气凝胶简介气凝胶（aerogels）通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。

气凝胶是一种固体，但是99%都是由气体构成，外观看起来像云一样。

气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量，有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。

最常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶。

SiO2气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80-99.8％，孔洞的典型尺寸为1-100 nm，比表面积为200-1000 m2/g，而密度可低达3 kg/m3，室温导热系数可低达0.012 W/（m•k）。

正是由于这些特点使气凝胶材料在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有很广阔的应用潜力。

一、气凝胶发展历史早在1931年，Steven.S.Kistler就开始研究气凝胶。

他最初采用的方法是用硅酸钠水溶液进行酸性浓缩，用超临界水再溶解二氧化硅，用乙醇交换孔隙中的水后，利用超临界流体干燥技术制成了最初的真正意义上的气凝胶。

这种材料的特点是透明、低密度、高孔隙率。

但受当时科研手段的限制，这种材料的研制并没有引起科学界的重视。

上世纪七十年代，在法国政府的支持下，Stanislaus Teichner在寻找一种用于存储氧和火箭燃料的多孔材料的过程中，找到一种新的合成方法，即把溶胶- 凝胶化学方法用于二氧化硅气凝胶的制备中。

这种方法推动了气凝胶科学的发展。

此后，气凝胶科学和技术得到了快速发展。

1983年Arlon Hunt 在Berkeley 实验室发现可用更安全、更廉价的二氧化硅气凝胶制作方法。

与此同时，微结构材料研究小组发现可用具有更低临界温度和临界压力的二氧化碳超临界流体取代乙醇作为超临界干燥的流体，使得超临界干燥技术得以向实用化阶段迈进。

八十年代后期，Larry Hrubesh 领导的研究者在Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) 制备了世界上最轻的二氧化硅气凝胶，密度是0.003 g/cm 3，仅有空气的3倍。

气凝胶是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。

气凝胶是世界上已知密度最低的人造发泡物质。

气凝胶气凝胶是一种固体，但是99%都是由气体构成，外观看起来像云一样，借由临界干燥法将凝胶里的液体成分抽出。

这种方法会令液体缓慢地被脱出，但不至于使凝胶里的固体结构因为伴随的毛细作用被挤压破碎。

最常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶。

SiO2气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料。

SiO2气凝胶材料具有极低的导热系数，可达到0.013-0.016W/(m·K)，低于静态空气（0.024W/(m·K)）的热导系数。

即使在800℃的高温下其导热系数才为0.043W/(m·K)。

高温下不分解，无有害气体放出，属于绿色环保型材料；由于硅气凝胶的低声速特性，它还是一种理想的声学延迟或高温隔音材料。

该材料的声阻抗可变范围较大(103-107kg/m2·s)，是一种较理想的超声探测器的声阻耦合材料。

初步实验结果表明，密度在300 kg/m3左右的硅气凝胶作为耦合材料，能使声强提高30 dB，如果采用具有密度梯度的硅气凝胶，可望得到更高的声强增益；纳米结构的气凝胶还可作为新型气体过滤，与其它材料不同的是该材料孔洞大小分布均匀，气孔率高，是一种高效气体过滤材料；硅气凝胶的折射率接近l，而且对红外和可见光的湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光中的可见光部分，并阻隔其中的红外光部分，成为一种理想的透明隔热材料，在太阳能利用和建筑物节能方面已经得到应用。

早在1931年，Steven.S.Kistler就开始研究SiO2气凝胶。

他最初采用的方法是用硅酸钠水溶液为原料，将其水溶液进行酸性浓缩，利用超临界水再溶解二氧化硅，用乙醇交换孔隙中的水后，利用超临界流体干燥技术制成了最初的真正意义上的气凝胶。

这种材料的特点是透明、低密度、高孔隙率。

新材料产业 NO.02 202169气凝胶保温材料等绿色节能技术在近零能耗建筑中的应用■ 文/高晓彤1 崔雅楠1 徐勤保2 1.华阳纳谷（北京）新材料科技有限公司 2.阳煤集团纳谷(山西)气凝胶科创城管理有限责任公司1 前言据中国建筑节能协会建筑能耗统计专委会2020年发布的2018年全国建筑全过程能耗总量的统计研究，建筑从最初材料的生产、运输，再到施工、运行、拆除，在建筑全过程中碳排放量占到2018年全国总碳排放量的46.5%。

与之相对应的是我国的建筑节能标准也在不断提升。

目前，我国大部分地区实施65%节能标准，一些省市实施75%节能标准，更高节能标准（节能90%）的被动式建筑或零能耗建筑也已进入示范推广阶段。

高效能的建材可以提高建筑能效，减少能源利用，进而助力国家碳达峰目标实现。

气凝胶是指凝胶中的大部分溶剂被脱去后没有坍塌的固体结构［1］，其空间网状结构中充满的介质是气体。

气凝胶是优异的绝热材料，小于空气分子自由程（70m m）的纳米级孔洞使气凝胶导热系数低于静止的空气〔室温约0.025W /（m ·K）〕［2］，因此气凝胶在建筑隔热保温方面有着优良的表现。

除了提高建筑的节能效果外，人们对建筑的绿色、生态、健康、智能、安全等性能的需求也不断提升，这不仅需要建筑围护结构拥有更好的保温性，也需要建筑设备的工作效率、家居的智能化以及可再生能源的利用程度实现重大飞跃。

笔者团队所研究的示范屋项目以打造近零能耗建筑、提高建筑居住舒适度、优化人与建筑的智能互动为目的，通过在示范屋中使用气凝胶新型保温材料、气凝胶玻璃、电致变色玻璃、双稳态智能调光玻璃、带热回收的新风系统、空气源热泵、光伏瓦、光伏光热一体化、室外发电地砖、智能家居等技术，实现建筑的低能耗、舒适化、智能化，从而验证气凝胶保温材料的实用性及保温效果、了解新型玻璃如何便利人们的日常生活、探究可再生能源在建筑中的利用率，对新型技术的推广起到示范作用。

气凝胶材料及其应用一、气凝胶材料气凝胶，作为世界最轻的固体，已入选吉尼斯世界纪录。

这种新材料密度仅为3.55千克每立方米，仅为空气密度的2.75倍；干燥的松木密度（500千克每立方米）是它的140倍。

这种物质看上去像凝固的烟，但它的成分与玻璃相似。

气凝胶具有三维纳米多孔结构，孔隙率高、质轻、密度极低、隔热性高，而且不燃，从而使其在隔热、隔音、储氢、催化等领域有很好的应用前景。

气凝胶材料的优势如下：1．隔热节能：3mm的气凝胶保温材料，保温效果相当于60mm的传统保温板。

2．防火：建筑防火等级A1级，比传统保温材料的防火等级更高.此外，抗裂性强，避免热胀冷缩导致保温材料及外饰面的开裂甚至脱落。

3．绿色环保：纳米水性材料，不含VOC（挥发性有机化合物），无毒无害。

4．施工工艺简单：传统保温材料施工工序在7—15道，建筑阻燃节能用气凝胶材料施工工序为5道，采用喷涂工艺，有效降低施工难度，缩短施工周期。

5．方便清洗：气凝胶涂料表面光滑，污渍不易附着，方便日常清洁及水洗。

6．使用寿命长：传统材料使用寿命为3—5年，气凝胶材料使用寿命可达15年。

二、气凝胶材料的应用气凝胶在隔热、防水、防火、耐压、透气、隔声、吸附、使用寿命等多个维度性能都很优异，在纯粹追求性能的前提下，气凝胶对同类材料来说是“降维打击”，这使得气凝胶在诸多领域具有广泛的应用或潜在的应用前景。

1.航空航天领域轻质高效隔热材料是航空航天飞行器的关键热防护组件之一，受飞行环境影响，航空航天材料需要具备低密度、高硬度、耐高低温、低导热的特性，而气凝胶被认为是理想的轻质高效隔热材料。

此外，航天器的电路也广泛使用气凝胶进行隔热保护，俄罗斯的“和平号”空间站也使用气凝胶实现热绝缘防护，我国首个火星探测器“天问一号”着陆发动机，以及我国“祝融号”、美国“漫步者”和“探路者”火星车的关键电器元件和线路也均使用气凝胶防护，以承受-100℃的超低温。

2.国防军工领域气凝胶作为最高效的隔热材料，一直广泛应用于军工领域。