气凝胶的未来发展方向
发布人:fengtai 时间:2020-05-08 09:33:44
气凝胶是一种内部网络结构充满气体，外表呈现固体状密度极低的多孔材料。它的网络结构一般是由相互交联的纳米颗粒所组成，其中颗粒内部的孔隙主要是微孔，颗粒与颗粒之间则大多是2 nm 上的中孔或大孔。因其密度极低（3kg/m3），曾获得吉尼斯纪录“世界上最轻的固体”称号。气凝胶作为一种纳米多孔结构材料的固体新材料，具有超轻、隔热、透明、保温、防火等优异特性。
从成分构成分类是气凝胶最普遍的区分方式，分为单一组分和复合组分两大类。单一组分气凝胶包括氧化物气凝胶（二氧化硅和非二氧化硅），有机气凝胶（树脂基和纤维基），碳气凝胶（碳化塑料、碳纳米管和石墨烯），硫化物气凝胶和其他种类的气凝胶（单一元素、碳化物）；复合组分气凝胶包括多组分气凝胶、梯度气凝胶以及微/纳气凝胶复合物。其中硅气凝胶、碳气凝胶和二氧化硅气凝胶最常见。
二氧化硅气凝胶独特的微观纳米结构使其具有低密度、高比表面积和高孔隙率的特点。这些特点使其在热学、光学、电学、声学等方面均有独特的优良性质，可作为高效隔热保温材料、声阻抗耦合材料、低介电绝缘材料、催化剂及催化剂载体等，其中高效隔热保温材料的应用较为广泛。二氧化硅气凝胶在保温隔热领域的主要应用产品形式有4种：气凝胶粉体/颗粒；气凝胶毡；气凝胶板；气凝胶玻璃，其中涂料行业主要在气凝胶粉体的基础上制备气凝胶涂料。
发展方向
目前气凝胶涂料产品主要应用领域是建筑保温隔热，因为这个领域是相对来说最容易推广，技术难度也最低的领域，而金属设备的保温则相对困难很多，主要原因在于目前气凝胶保温涂料的附着力不高，耐热等还需要继续优化。
保温原理
热量的传导总是由高温区向低温方向传递，热量的传导有固体热传导、空气对流热传导、辐射热传导3种方式。气凝胶保温涂料的特点是：能够将上述3种热传导途径进行有效阻隔或屏蔽。在涂料组分中，起关键隔热作用的是纳米SiO2气凝胶，其次是六钛酸钾晶须和空心玻璃微珠。纳米SiO2气凝胶是一种保温隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80%～99%，孔洞的典型尺寸为2～50nm，平均孔径为20nm，比表面积为600～1000m2/g，表观密度为0.003～0.35g/cm3，室温导热系数可低达0.013W/(m k)，即使在800℃高温下，其导热系数才为0.043W/(m k)，且高温下不分解，无有害气体放出，是纯绿色环保材料，其缺点是强度低、脆性大，单独使用困难。将纳米SiO2气凝胶与硅酸铝纤维和空心玻璃微珠混配，在弹性成膜物的交联作用下，可大大改善涂层的物理机械性能。
组成和性能
气凝胶保温涂料以自交联丙烯酸乳液为成膜物、以SiO2气凝胶、空心玻璃微珠、六钛酸钾晶须等为填料，在多种助剂的配合下制备而成。涂料具有薄层喷涂施工、纳米孔绝热、安全防火、环保节能、性价比优，无脱落风险等优点。测试结果证明，1mm厚的气凝胶保温涂料比8cm厚的聚苯泡沫板保温隔热性能好。
除了二氧化硅气凝胶之外，也看好其他类型的气凝胶粉体如陶瓷类气凝胶，石墨烯气凝胶等逐步应用到气凝胶涂料中来改善目前二氧化硅气凝胶耐热，强度的不足，未来产品的研发方向还是应该像具有综合性能的产品去发展，比如建筑类气凝胶保温涂料要综合具有保温、防水、耐老化的能力，可以无面漆的情况下直接应用于外墙外保温系统；比如应用于设备保温领域的产品需要兼具保温、防腐以及防火的综合功能，这样的产品也更具有技术含量。
