最輕的固體--氣凝膠
氣凝膠是一類納米多孔材料的統(tǒng)稱，通常衍生自濕凝膠，其骨架是由納米粒子構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中充滿了氣體分散介質(zhì)。其特殊的納米多孔結(jié)構(gòu)使其具有獨特的熱學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)以及電學(xué)性能，同時它是世界上密度最小的固體，曾被《科學(xué)》雜志譽為“可以改變世界的神奇材料”。
氣凝膠憑借極輕、隔熱、最低介電常數(shù)等硬實力已經(jīng)創(chuàng)下了15項“吉尼斯世界記錄”。隨著技術(shù)進步和成本下降，氣凝膠的發(fā)展向工業(yè)領(lǐng)域、民用領(lǐng)域拓展，比如石油化工領(lǐng)域、交通領(lǐng)域，未來十年，市場規(guī)模有望增長近10倍。
它是最輕的固體材料，氣凝膠超級輕，在一些對重量要求苛刻同時對絕熱要求極高的場景，氣凝膠是唯一選擇。同時二氧化硅氣凝膠還是迄今為止保溫性能最好的材料。氣凝膠憑借極低的體積密度及納米網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的彎曲路徑阻止了氣態(tài)和固態(tài)熱傳導(dǎo)的同時，氣凝膠空隙中的空氣分子近似靜止，趨于“無窮多”的空隙壁使熱輻射降至最低。氣凝膠完美對抗了三種熱的傳遞方式，導(dǎo)熱系數(shù)甚至達到0.013W/m.K以下，比常溫下靜態(tài)空氣0.025W/m.K還低。
氣凝膠的特性
1、隔熱性：二氧化硅氣凝膠材料具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)，可達到0.013-0.016W/(m·K),低于靜態(tài)空氣(0.024W/(m·K))的熱導(dǎo)系數(shù),比相應(yīng)的無機絕緣材料低2-3個數(shù)量級。即使在800℃的高溫下其導(dǎo)熱系數(shù)才為0.043W/(m·K)。高溫下不分解，無有害氣體放出，屬于綠色環(huán)保型材料。二氧化硅氣凝膠與各種耐熱纖維復(fù)合后，可制成各種形式的保溫材料?？蓮V泛用于工業(yè)、建筑、管道、汽車、航天等領(lǐng)域。
2、隔音性：由于硅氣凝膠的低聲速特性，它還是一種理想的聲學(xué)延遲或高溫隔音材料。該材料的聲阻抗可變范圍較大(103-107 kg/m2·s)，是一種較理想的超聲探測器的聲阻耦合材料
初步實驗結(jié)果表明，密度在300 kg/m3左右的硅氣凝膠作為耦合材料，能使聲強提高30dB，如果采用具有密度梯度的硅氣凝膠，有望獲得更高的聲強增益。
3、非線性光學(xué)性質(zhì)：由于硅氣凝膠的納米網(wǎng)絡(luò)內(nèi)形成量子點結(jié)構(gòu)，化學(xué)氣相滲透法摻Si及溶液法摻C60的結(jié)果表明，摻雜劑是以納米晶粒的形式存在，并觀察到很強的可見光發(fā)射，為多孔硅的量子限制效應(yīng)發(fā)光提供了有力證據(jù)。利用硅氣凝膠的結(jié)構(gòu)以及C60的非線性光學(xué)效應(yīng)，可進一步研制新型激光防護鏡。
4、過濾及催化性質(zhì)：納米結(jié)構(gòu)的氣凝膠還可作為新型氣體過濾，與其它材料不同的是該材料孔洞大小分布均勻，氣孔率可達99%，是一種高效氣體過濾材料。由于該材料特別大的比表面積可達600-800㎡/g。氣凝膠在作為新型催化劑或催化劑的載體方而亦有廣闊的應(yīng)用前景。
氣凝膠應(yīng)用廣泛
氣凝膠產(chǎn)品族譜豐富，目前主流的氣凝膠制備過程就是溶膠-凝膠法與超臨界干燥相結(jié)合。不同的化合物通過氣凝膠的制備過程形成了各種各樣的氣凝膠，豐富了氣凝膠的品種。目前最常見也是發(fā)展最為成熟的氣凝膠是二氧化硅氣凝膠，二氧化硅氣凝膠屬于氧化物氣凝膠，除此之外，還有碳化物氣凝膠、氮化物氣凝膠、有機氣凝膠、碳氣凝膠、生物質(zhì)氣凝膠、復(fù)合氣凝膠及其他氣凝膠。
廣泛的圖譜、多樣化的產(chǎn)品形式使得氣凝膠的應(yīng)用更加靈活廣泛，下游市場需求空間巨大，應(yīng)用已經(jīng)遍布于石化、軍工、航天、電池、環(huán)保、建筑、交通等各個領(lǐng)域。
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