文档介绍：气凝胶一、结构二、形成原理三、工艺四、性质及应用五、现状六、未来展望一、气凝胶的结构气凝胶是一种由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成纳米多孔网络、类似海绵结构的固体,%的空间充满了气态分散介质;拥有高通透性的圆筒形多分枝纳米多孔三位网络结构,拥有极高孔洞率、极低的密度、高比表面积、超高孔体积率,--3范围内可调。(-3)。二、气凝胶形成的原理气凝胶形成的基本原理是除去凝胶中的溶剂,让其保留完整的骨架。首先以金属有机化合物为母体,在一定条件下通过水解-缩聚反应形成具有空间网络结构的醇凝胶,然后通过超临界干燥工艺(即将醇凝胶置于高压容器中并用干燥介质替换尽其中溶剂, 然后控制容器的温度和压力, 使其处于干燥介质的临界条件(即临界温度与压力))除去凝胶中的溶剂,这样得到的脱去大部分溶剂,使凝胶中液体含量比固体含量少得多(即凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体)外表呈固体状同时凝胶的网络结构基本保留不变的物质就是气凝胶。三、气凝胶的制备工艺气凝胶的制备通常由溶胶凝胶过程和超临界干燥处理构成。在溶胶凝胶过程中,通过控制溶液的水解和缩聚反应条件,在溶体内形成不同结构的纳米团簇,团簇之间的相互粘连形成凝胶体,而在凝胶体的固态骨架周围则充满化学反应后剩余的液态试剂。为了防止凝胶干燥过程中微孔洞内的表面张力导致材料结构的破坏,采用超临界干燥工艺处理,把凝胶置于压力容器中加温升压,使凝胶内的液体发生相变成超临界态的流体,气液界面消失,表面张力不复存在,此时将这种超临界流体从压力容器中释放,即可得到多孔、无序、具有纳米量级连续网络结构的低密度气凝胶材料。四、气凝胶的性质及应用气凝胶内含大量的空气,典型的孔洞线度在l—l00纳米范围,孔洞率在80%以上,是一种具有纳米结构的多孔材料,在力学、声学、热学、光学等诸方面均显示其独特性质。它们明显不同于孔洞结构在微米和毫米量级的多孔材料,其纤细的纳米结构使得材料的热导率极低,、声的散射均比传统的多孔性材料小得多。这些独特的性质不仅使得该材料具有不同的各种应用。(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。;,比静止的空()绝热性能好,与当前使用的泡沫保温材料如聚氨酯()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。(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。因为硅气凝胶对透射光的红化现象及折射光呈现蓝色,国外把硅气凝胶称为“冻烟”。(三).气凝胶的声学性质及应用由于气凝胶的低声速特性,决定其是一种理想的声学延迟或高效隔音材料。此材料的声阻抗可变范围较大,是一种理想的超声探测器的声阻耦合材料。利用气凝胶材料当作窗户,不但透明度高,能量效率也与实心墙相仿,而且降噪效果比普通的双层玻璃强两倍。(四).气凝胶的电学性质及应用在电学性质方面,由于其具有低介电常数、高比表面积、高介电强度等特点,气凝胶有非常优越的表现。尤其是有机气凝胶和金属氧化物气凝胶,是非常优异的介电体,可用作高压绝缘材料,高速或超速集成电路的衬底材料,真空电极的隔离介质以及超级电容器。利用碳气凝胶的导电性作为理想的高效的超电容器和电容消离子过程的电极材料;而有些金属氧化物气凝胶则显示出优越的超导性、热电性和压电性。与一般电极材料相比,碳气凝胶具有很低的电阻(<40毫欧姆/厘米)。利用铜丝与气凝胶以及新的设计方法研制出性能更加优良的计算机中所用的衬底材料。五、气凝胶的应用现状(1)太阳能热水器太阳能热水器及其他集热装置的高效保温成了能否进一步提高太阳能装置的能源利用率和进一步提高其实用性的关键因素。将纳米孔超级绝热材料应用于热水器的储水箱、管道和集热器,将比现有太阳能热水器的集热效率提高1倍以上,而热损失下降到现有水平的30%以下。(2)在热电池上应用可延长热电池的工作寿命,防止生成的热影响热电池周围的元器件。(3)军事及航天领域与传统绝热材料相比,纳米孔气凝胶超级绝热材料可以用更轻的质量、更小的体积达到等效的隔热效果。这一特点使其在航空、航天应用领域具有举足轻重的优势。如果用作航空发动机的