气凝胶,是美国化学家sterven.s.kistler在1931年无意中发明的一种物质。由于密度仅为每立方厘米3毫克甚至更低,日前已经作为“世界上密度zui低的固体”正式入选《吉尼斯世界纪录》
这种被称为“固态烟”的固态材料具有非常多的优良性能:它具有纳米结构(孔洞1~100nm,骨架颗粒为1~20nm)、表面积(zui高可达800~1000m 2/g)、高孔洞率(可高达80%~99.8%)等特点。此外,气凝胶具有极低的固态热传导,以及气态热传导,在常温常压下热导率可以低至0.013w/(m•k),是所有固态材料中隔热性能的一种。
气凝胶的结构和特性,使得气凝胶在力学、声学、热学、光学、化学、物理学等方面均有的优良性质,在保温绝热材料、隔音材料、红外线吸收材料、催化剂材料、环境保护材料等领域都有广泛用途,更成为航天探测中不可替代的材料,俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路者”探测器都用它来进行热绝缘。
由于早期的气凝胶非常易碎和昂贵,所以主要在实验室里使用,直到60年代才重新引起人们的兴趣。到了70年代末、80年代,经过法国科学家feichner以及美国劳伦兹伯克利国家实验室的arlon hunt等人不懈的努力,才获得了极大的发展,在90年代成为的研究热点。
当前气凝胶重点发展区域主要集中在美国、德国、英国,如美国的nanopore公司、aerojet公司以及德国的basf公司、hoechst公司也正在开展气凝胶的商业应用研究。其中,依托于强大的技术开发实力和新产品开发力度,美国的应用领域尤为突出和,在高性能气凝胶应用方面,美国已经成功应用于航空航天、新能源、建筑以及体育用品等方面。我国在气凝胶研究和开发方面尚属早期阶段,但随着国家扶持产业发展政策的不断出台,高性能气凝胶产业未来发展前景看好。
以下是利用tc3010测量得到的气凝胶粉末导热系数,从结果来看,不同工艺下样品的导热系数差异还是比较明显的,可以预计的是,随着研究的继续,我国的气凝胶制品一定能越来越好。
表1. 气凝胶的导热系数实验数据
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