气凝胶隔热材料(气凝胶保温隔热材料有哪些)

一、气凝胶是什么材料

气凝胶是一种源自凝胶体的固体，凝胶体的液体成分被空气替代，使得它干燥且多孔。事实上，90%以上的体积为真空，因此气凝胶是世界上很轻的固体材料。其密度比玻璃小1000倍，因此它也是世界上密度很低的固体材料。其紧密分布的粒径特别适合绝热应用，因为它们的导热性能极低、抗剪能力很高且疏水性很强。

气凝胶历史：

气凝胶，又称为干凝胶。是由胶体粒子或高聚物分子构成的纳米多孔网络结构，并在空隙中充满气态分散介质的一种高分散固体材料，外表呈固体状。气凝胶是由美国科学工作者Kistler在1931年通过水解水玻璃的方法制得。随后随着气凝胶研究的深入和超临界干燥技术的逐步完善，使构成气凝胶的固体微粒更趋于细化， 微孔分布更趋于均匀, 从而使材料的密度更低,孔隙率更高。目前的气凝胶主要是指一种以纳米量级超细微粒所聚集成的固态材料。

气凝胶特性：

气凝胶99.8%以上为空气，因为密度极低，目前很轻的气凝胶仅有0.16毫克每立方厘米，目前已经作为“世界上密度很低的固体”正式入选《吉尼斯世界纪录》。当气凝胶放到暗色背景前，呈淡蓝色，被称之为“蓝烟”，由于气凝胶有导热系数较低，应用领域十分的广泛，被誉为“改变世界的十大神奇材料”之一。

应用领域

01、交通运输

动车组顶板隔热、新能源电动汽车电池组隔热、船舶甲板、船舶舱壁。锂电池的工作温度范围宽为-20℃-60℃，电池温控和电控性能好的电动汽车，可以让汽车冬暖夏凉，更安全，且续航能力强，使用寿命长。

02、城市热网

城市集中供热、暖室、石油化工、蒸汽保温管道等。热损失仅为传统管材的25%，热网热损失为2%，小于国际10%的标准要求。不需砌筑庞大的地沟，只需将保温管埋入地下，大大减少了占地，减少土方开挖量约50%以上，减少土建砌筑和混凝土量90%。同时，保温管加工和现场挖沟平行进行，只需现场接头，可以缩短工期约50%以上。

03、热电联产

热电厂、火电厂、核电厂的保温设备、管道。减少热损失

，节约材料。管道介质温度在100~500℃之间，防止烫伤。防止管道和设备内液体冻结、外表面结露。防止火灾，提高耐火绝缘。防止汽体介质在输送过程中冷凝。

04、高温窑炉

高温窑炉的内衬。耐温高，抗热冲击，隔热保温好、抗氧化能力强、施工方便。大大延长窑炉内衬材料的使用时间和减少窑炉内衬材料的损坏率。

05、石油化工

稠油高温注汽开采管道保温和炼化装置介质管线的保温。一般温度在200℃~600℃之间。气凝胶可有效减少外保温层用量，极佳的憎水性，憎水率≥98%且PH值为中性，不会腐蚀保温管道，从而延长施工对象使用寿命。同样的保温效果，使用气凝胶绝热毡可有效减少施工对象的体积，从而显著提高管道的排布率。

06、航天军工

宇航服内夹层、探测器、飞机机舱、核潜艇、坦克、蒸汽动力导弹驱逐舰的核反应堆、蒸发器、锅炉以及复杂的高温蒸汽管路系统。可以增强隔热效果，降低舱内温度，同时有效降低隔热材料的用量，增大舱内的使用空间，有效改善各种工作环境。

07、LNG储运

LNG管道、LNG船舶。液化天然气(LNG)在常压下的温度约为-162℃。气凝胶导热系数低，防火等级A1级，憎水率大于等于99%。优良的低温稳定性，避免传统材料因震动而产生堆积变形导致保温性能急剧下降。由无机材料构成，不含对人体有害物质且PH值为中性，对施工对象无腐蚀。

08、建筑保温

屋顶、地板、门窗玻璃、内外墙等。墙体大幅度变薄，房屋的净空间大幅增加，占地变小。增加的成本，诚实的传递到最终消费者身上，消费者通过计算每年的节能率，也完全可以接受。

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二、薄如蝉翼却能耐高温的气凝胶,到底有多么神奇

气凝胶——世界上最轻的固体材料（石墨烯气凝胶是吉尼斯认定的世界最轻固体），因为其中包含了97%的空气和3%的固体结构，仅有空气密度的1.5倍。

除了非常轻之外，气凝胶还有非常好的隔热能力，这主要是因为“努森效应”，由于气凝胶大部分由二氧化硅和空气组成，二氧化硅固体导热能力一般，而空气的导热系数也很低。此外，气凝胶具有非常多纳米级的小孔，这些小孔能让空气难以扩散通过气凝胶来传递对流热。

因此气凝胶常出现在需要耐高温的环境中，比如火星探测车上，就使用了气凝胶来进行保温。

此外，气凝胶的防水性主要来自于改性，通过将表面极性的-OH变成非极性的-OR，就可以得到疏水性的气凝胶。

这样一种“水火不侵”的材料，看起来好像是现代科技的最新产品，而实际上，气凝胶在20世纪30年代就出现了，最早由化学家塞缪尔·基斯勒制出。

凝胶物质其实很常见，像我们吃的果冻就是凝胶物质，属于固体和液体的结合体。

正巧当时赛缪儿和同事查尔斯·勒尼德就拿果冻打个了赌，查尔斯认为使果冻成为凝胶的原因是由于其液体性质，但赛缪儿认为凝胶中具有固体结构，这也是形成凝胶的关键。

为了验证究竟谁是正确的，赛缪儿开始证明湿凝胶中含有相同大小和形状的连续固体网络的实验，实验的目的也很简单，就是将凝胶中的液体弄出去而保留固体结构，这样就可以证明凝胶和其中的液体没有啥关系。

但说起容易，做起来可不容易，如果只是单纯让凝胶中的液体蒸发，相应的固体结构势必也会收缩，因为在液体分子去除后，它们会相互吸引，从而拉扯周围的固体结构，那么凝胶从内部开始就会“坍塌”，直至缩小到原有体积的1/10。

这种方法肯定不行，赛缪儿想来想去，只有将凝胶里面的液体替换掉才能保证保证固体结构的完整。那么要替换的话，肯定只有使用气体了，因为凝胶已经包含了固体和液体两种物质状态。不过正常的气体肯定不能将凝胶液体替换出来，所以赛缪儿选择曲线救国，通过加压加热让液体突破临界点，这样液体就成为了超临界流体（液体和气体之前没有差别），分子间也不再有相互吸引力。

于是赛缪儿选取了硅酸钠作为原料，使用盐酸催化促进水解，水和乙醇作为溶剂交换机使其转变为醇凝胶。然后将醇凝胶放入高温高压的环境中，待到其中的乙醇成为了超临界流体后，一边继续保持临界温度，一边对凝胶减压，随着压力的降低，乙醇分子作为气体释放出去。接着从热源中取出凝胶，等到冷却后，原先在凝胶中的乙醇液体都变成气体挥发，只剩下了固体结构，并且其中充满了气体，这就是第一块气凝胶的诞生。

对制备气凝胶方法的改进

毫无疑问，这项研究是划时代的，但奇怪的是在之后的30多年中，气凝胶的研究工作几乎是停滞状态，主要因为当时制备的条件比较困难，耗费的时间也特别长。

直到1970年，里昂大学为了寻求一种可以在存储氧气和火箭燃料的多孔材料，翻出了30多年前的气凝胶，并且在赛缪儿的基础上改进了制备方法。

新的制备方法采用了烷氧基硅烷（TMOS）代替了硅酸钠，用甲醛代替了乙醇，这样制出的凝胶醇凝胶可制出更高质量的二氧化硅气凝胶，另外时间也快上了不少，此方法直接导致气凝胶科学的一项重大进步。

方法改进之后，越多越多的研究人员加入到气凝胶领域。1983年，伯克利实验室的微结构材料小组发现，剧毒的化合物TMOS可以用更安全的原硅酸四乙酯（TEOS）代替。并通过溶胶——凝胶法来让TEOS水解和缩聚。此外，微结构材料小组还发现，在超临界干燥之前，凝胶中的醇可以用液态二氧化碳代替，而不会损害气凝胶。

气凝胶的其他应用

随着对气凝胶研究的不断深入，粒子物理学家意识到这种纳米级的材料可以用来收集难以捕捉的契伦科夫辐射粒子，因为这些粒子闯入气凝胶的复杂结构后，很难从另一端穿出，从而留在气凝胶内。

除了收集粒子，由NASA喷气推进实验室制备的二氧化硅气凝胶，还搭上了去太空的“航班”，并承担了收集彗星微粒的任务。

说了这么多，相信大家也了解了气凝胶各种特性和不断改进的制备方法，无论从哪方面来看，它都非常优秀，可为什么还没有普及到大众生活中呢？

首先还是生产，即使制备方法经过了多次改进，最关键的超临界条件还是设置了门槛。

其次，气凝胶工业生产还有一个严峻的挑战，那就是气凝胶很脆，虽然它的承重能力很强，可惜的是，它的张力非常小，稍微用力一掰就能将它“一分为二”，所以一般还需要加入其他的添加剂。

还有不得不提的价格问题，大约6立方厘米的气凝胶价格就在350人民币左右，因此成本也是制约生产应用的因素。

但这些问题都瑕不掩瑜，气凝胶从出生到现在，依然像是一个超前了许多年的未来材料，具有非常大的潜力。

三、气凝胶保温隔热材料有哪些

1、岩棉管

岩棉管多用于石油化工、冶金、船舶和纺织等工业的锅炉或者是设备管道进行保温，有时在建筑行业中的隔墙中得到广泛的使用，室内的吊顶和墙体的保温等多种绝热保温。

2、玻璃棉

玻璃棉拥有着成型性良好、体积密度较小、导热率较低等特性，玻璃棉的耐腐蚀性能也极高，在化学腐蚀的环境中有着良好的化学性能。玻璃棉的适应特点是针对空调的保温、排风管的保温、锅炉保温和蒸汽管道的保温。

3、聚氨酯

聚氨酯，多用于冷库、冷藏车或者是保鲜箱的制作中，还能作为彩钢夹心板的隔热层，聚氨酯有时还被用在石化的罐体中。聚氨酯还有着保温保冷的作用，被应用到了石化和冶金等方面，特别是在地埋式的各式各样的复合的直埋管道的外层保护得以最大的应用。

4、复合硅酸盐

复合硅酸盐的优点就是拥有着较低的导热系数，保温性能极好，还能够在高温状态下对保温材料中有着低容重，与其他的管道保温材料相比，复合的硅酸盐的施工方法比较方便，对使用的员工没有任何的刺激和污染，不会对人体造成伤害，可以任意进行裁剪和卷动，运输方面也相对的安全可靠，损耗低。

5、超细玻璃棉

体质轻、导热系数低、热绝缘和吸声性能好、耐腐蚀、耐热、抗冻、抗震、不怕虫蛀、不刺皮肤、并具有良好的化学稳定性，而且施工方便，是一种轻质、高效、耐久、经济的工业保温材料。

6、硬质聚氨酯泡沫塑料

硬质聚氨酯泡沫塑料是一种新型高分子合成材料，它具有重量轻，比强度高，导热系数小，隔热性能好等特点。被广泛地应用于造船、建筑、石化、化工的工艺管道、设备和贮罐绝热保温保冷、军工科研、室内空调等，是一种运用很广的管道保温材料。

7、橡塑海绵

橡塑管道保温材料导热系数低，具有细致的独立气泡结构，无空气对流，完全闭孔结构，绝热效果持久良好，材料与水汽完全隔绝。在89摄氏度以上，负60摄氏度以下环境里不会起物质性变化，适合各冷冻工程项目保冷用途。

8、岩棉保温毡

岩棉保温毡是以玄武石及其他天然矿石等主要原料，经高温熔融而成纤，加入适量粘接剂加工而成，适用于贮罐容器和大口径管道的保温。岩棉保温毡具有优良的保温隔热性能，并且施工及安装便利、节能效果显著，具有很高的性能价格比。

扩展资料：

气凝胶保温隔热材料的特性：

1、隔热特性

气凝胶材料的孔隙率达90%以上，同时气凝胶中的孔尺寸处于2-50nm的介孔范围内，这种特殊结构决定了其具备极佳的隔热特性，同时气凝胶材料在高温下又能保持其网络结构的完整性，不易发生高温烧结。

2、隔音性

硅气凝胶的低声速特性，使其成为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(103-107kg/m2·s)，是一种较理想的超声探测器的声阻耦合材料。

3、非线性光学特性

硅气凝胶具有纳米网络量子点结构，利用化学气相渗透法掺Si及C60后，可以观察到很强的可见光发射，进一步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。

4、过滤与催化性质

纳米结构的气凝胶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面亦有广阔的应用前景。

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