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1、工业中气凝胶的应用 气凝胶的定义 气凝胶又称为干凝胶。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。 气凝胶也具凝胶的性质，即膨胀作用、触变作用、离浆作用。 最轻的固体 美国宇航局科学家研制出的一种气凝胶，作为世 界最轻的固体，正式入选吉尼斯世界纪录。 密度为3.55千Kg/m3，仅为空气密度的2.75倍。 这种气凝胶呈半透明淡蓝色，重量极轻，因此人 们也把它称为“固态烟”。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样品进行表面形貌分析 气凝胶的发展早在1931年， 加州斯托克顿
2、市的太平洋学院就开始研究气凝胶 。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，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，找到一种新的二氧化硅气凝胶合成方法，从而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实验室发现了更安全廉价的二氧化硅气凝胶制作方法。八十年代后期，Larry Hrubesh领导的研究者在Lawrence Livermore National LaboratoryLLNL制备了世界上最轻的二氧化硅气凝胶，密度是0.0
3、03g/cm 3，仅有空气3倍 。不久之后 ，有机气凝胶诞生，创了气凝胶研究的新领域。进入九十年代以后，对于气凝胶领域的研究更为深入。据不完全统计，近年来在各类杂志上有关气凝胶的文章以达三千多篇。美国的 Science杂志把气凝胶列为十大热门科学之一 。国内也早在上个世纪九十年代开始了关于气凝胶的研究，并且针对气凝胶的热特性展开了详细的研究。 气凝胶的制备 在制作过程中，液态硅化合物首先与能快速蒸发的液体溶剂混合，形成凝胶，然后将凝胶放在一种类似加压蒸煮器的仪器（高压釜）中干燥，并经过加热和降压，形成多孔海绵状结构。琼斯博士最终获得的气凝胶中空气比例占到了体积的99.8。 主要成分和玻璃一样也
4、是二氧化硅，但因为它99.8都是空气，所以密度只有玻璃的千分之一。 水 聚 合前驱体 溶 胶 凝胶 气 凝 胶 气凝胶形成示意图 OC2H5 OHH5C2O Si OC2H5 4H2O HO Si OH 4C2H5OH 水解 OC2H5 OH OH OH OH OHHO Si OH HO Si OH HO Si O Si OH H2O 缩聚 OH OH OH OH OH OHHO Si OH HO Si O H2O SiO2 2H2O 脱水 OH工艺流程图 气凝胶的性质与作用隔热性气凝胶的特殊结构使气凝胶不同于其他多孔材料的热特性，并且成为最具发展前景的一种超级隔热材料。照片现显示的是用氧炔焰
5、隔着气凝胶加热一朵花隔音性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103107 kgm2s，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 kgm3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。非线性光学性质由于硅气凝胶的纳米网络内形成量子点结构，化学气相渗透法掺Si及溶液法掺C60的结果表明，掺杂剂是以纳米晶粒的形式存在，并观察到很强的可见光发射，为多孔硅的量子限制效应发光提供了有力证据。利用硅气凝胶的结构以及C60的非线性光学效应，可进一步研制新型激光防护镜。过滤与催化性质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。由于该材料特别大的比表而积。气凝胶在作为新型催化剂或催化剂的载体方而亦有广阔的应用前景。吸附性它还有环保的优点。气凝胶被科学家们描述为“终极海绵”，其表面的数百万小孔使其成为在水中吸附污染物的理想材料。卡纳茨迪斯已经研制出一种新型气凝胶，用于除去水中的铅和水银。某些形式的气凝胶可吸附溢出的油，可以用它来处理一些环境灾祸。