氣凝膠是一種高孔隙率、高比表面積的三維網絡狀結構的納米材料。氣凝膠獨特的納米結構能有效抑制材料的固體熱傳導和氣體對流傳熱，是一種性能優異的“超級隔熱材料”。
一、氣凝膠基本知識介紹
?
|
氣凝膠物性參數 |
|
|
最低密度的固體 |
俗稱“固體煙”,氣凝膠 90%以上的體積都是空氣，密度最低至 0.12 mg/cm3，大約為空氣密度的 1/10。 |
|
最寬的密度范圍 |
?0.0012-0.500 g/m3范圍內可調。 |
|
最小的孔徑 |
孔徑一般在 50nm 左右，最小的孔徑甚至可小于 1nm。 |
|
最高的孔洞率 |
孔洞率高達 99.9%，因此比表面積積特別大。 |
|
最低的介電常數 |
小于 1.003。 |
|
最低的導熱系數 |
導熱系數可低于 0.016 W/(m·K)，常溫常壓下摻碳氣凝膠的熱導率可低達 0.013 W/(m?K)。 |
|
最寬的壓縮模量 |
壓縮模量可在 6 個數量級的范圍內變化，決定了密度可調節性。 |
|
最低的聲傳播速度 |
聲阻抗可變范圍較大(103-107kg/m2·s)。 |
|
最高的聲阻抗 |
聲阻抗可高達 106kg/m2·s，而空氣的聲阻 400 kg/m2·s。 |
氣凝膠的制備通常分為2步：
1）通過溶膠-凝膠法使溶液內分子不斷交聯，形成濕凝膠；
(1)水解：以TEOS為例，在催化劑的作用下硅源水解后形成溶膠，生成物中活性Si-OH增多，為后續縮聚反應提供活性反應位點。
(2)縮聚：在合適的催化劑作用下，活性Si-OH之間發生聚合，形成-Si-O-Si-長/短鏈相互連接的三維骨架凝膠。根據使用的分散介質分類，凝膠可以分為水凝膠和醇凝膠。
溶膠-凝膠過程指前驅體溶膠聚集縮合形成凝膠的過程。
2）通過超臨界干燥去除濕凝膠內部的溶劑，獲得氣凝膠。
SiO2氣凝膠制備過程
?
反應初期，硅源通過水解得到活性單體硅酸，然后硅酸之間縮聚后生成了以硅氧（-Si-O-Si-）為主體的聚合物（溶膠），進而相互交聯形成具有三維網絡結構的凝膠骨架。
凝膠骨架之間存在著大量的孔隙，填充著乙醇、水等溶劑分子。
制得濕凝膠并經老化后，需要通過干燥過程將凝膠內的液態溶劑替換為氣態物質，從而制得氣凝膠，該過程是決定產品質量最關鍵的一步。
二、氣凝膠的分類
?
氣凝膠是一個固體物質形態，包括碳化物、氧化物、金屬、非氧化物、半導體等多種材料都可以制作成氣凝膠，各種氣凝膠結構、性質不同。氣凝膠可以加工成多樣形態以適應不同的應用，如氣凝膠顆粒、氣凝膠氈、氣凝膠板和氣凝膠涂料。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
更廣 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 項目 | 特性 |
| 隔熱性極佳 | 導熱系數可低于0.016W/(m·K)。通過摻雜還可進一步降低硅氣凝膠的輻射熱傳導，常溫常壓下摻碳氣凝膠的熱導率可低達0.012W/(m·K)，是目前導熱系數最低的固態材料 |
| 吸附性好 | 孔洞率達到99.9%，因此比表面積特別大，可用做催化劑載體 |
| 阻燃性能A級 | 防火等級可達GB8624-2012建筑材料及制品燃燒性能分級A級要求 |
| 防水 | 一般的二氧化硅氣凝膠親水，但當氣凝膠遇到化學活性物質時，會與表面的氧氫基團形成疏水的非極性基團。當氣凝膠內30%的氧氫基團形成疏水基團時，氣凝膠便能完全疏水 |
| 絕緣性良好 | 介電常數小于1.003，是一種良好的絕緣介質，可以降低集成電路的漏電電流，降低導線之間的電容效應，降低集成電路發熱等 |
| 隔音性良好 | 聲阻抗可高達106kg/m2·S，多孔隙增強吸音效果 |
| 綠色環保 | 不含可吸入性紅維，對皮膚無刺激作用，可用士埋法外理 |
在國家對新材料日益重視和碳達峰對節能減碳日趨嚴格的大背景下，我國的氣凝膠行業發展顯著加快。
2015—2020年，中國氣凝膠市場規模
四、氣凝膠與傳統保溫材料性能對比
|
項目 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
來源：國海證券
原文始發于微信公眾號（艾邦氣凝膠論壇）：氣凝膠的分類及特性