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全面解析:耐高温气凝胶隔热材料的特性与应用

今天给各位分享全面解析:耐高温气凝胶隔热材料的特性与应用的知识,其中也会对进行解释,如果能碰巧解决你现在面临的问题,别忘了关注本站,现在开始吧!

气凝胶材料具备的高孔隙率以及纳米网络骨架相互连接所形成的介孔结构,决定了其具备极好的隔热性能,在高温催化剂载体、高温窑炉以及超高声速飞行器等军用和民用领域作为高效隔热材料使用。气凝胶材料具有隔热性、隔音性、非线性光学特性、过滤和催化特性等。

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。

Al2O3耐高温性气凝胶材料

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。

二、耐高温气凝胶隔热材料

气凝胶材料根据组分的不同,主要可分为氧化物气凝胶材料、炭气凝胶材料(耐高温性可达3000℃)和碳化物气凝胶材料。

气凝胶隔热材料表

1 氧化物气凝胶材料

氧化物气凝胶材料在高温区(>1000℃)容易发生晶型转变及颗粒的烧结,其耐温性相对较差,但是其在中高温区(<1000℃)具备较低的热导率。

氧化物气凝胶材料主要有SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、CuO等。

(1)SiO2气凝胶材料

SiO2气凝胶是目前隔热领域研究最多也是较为成熟的一种耐高温气凝胶,其孔隙率高达80%~99.8%,孔洞的典型尺寸为1~100nm,比表面积为200~1000m2/g,而密度可低达3kg/m3,室温热导率可低达12m.W/(m·K)。

SiO2气凝胶材料

SiO2气凝胶材料SiO2气凝胶材料通常是将与红外遮光剂以及增强体进行复合,以提高SiO2气凝胶的隔热和力学性能,使其既具有实用价值的纳米孔超级绝热材料,同时还兼有良好的隔热和力学性能,主要应用于航空航天、军事、电子、建筑、家电和工业管道等领域的保温隔热。

常用的红外遮光剂有碳化硅、TiO2(金红石型和锐钛型)、炭黑、六钛酸钾等;常用的增强材料有陶瓷纤维、无碱超细玻璃纤维、多晶莫来石纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维等。

(2)ZrO2气凝胶材料

ZrO2气凝胶材料的孔径小于空气分子的平均自由程,在气凝胶中没有空气对流,孔隙率极高,固体所占的体积比很低,使气凝胶的热导率很低。与SiO2气凝胶材料相比,ZrO2气凝胶的高温热导率更低,更适宜于高温段的隔热应用,在作为高温隔热保温材料方面具有极大的应用潜力。目前关于ZrO2气凝胶应用于隔热领域的报道还比较少,研究者主要致力于ZrO2气凝胶制备工艺的研究。

ZrO2气凝胶主要制备方法是由锆盐前驱体通过一系列的水解缩聚过程得到的。其制备主要包括两部分:湿凝胶的制备及干燥。一般采用超临界干燥和冷冻干燥,常用的湿凝胶制备方法有锆醇盐水解法、沉淀法、醇-水溶液加热法、滴加环氧丙烷法和无机分散溶胶-凝胶法。以价格低廉的无机锆盐为前驱体制备ZrO2气凝胶和如何使提高氧化锆气凝胶的高温热稳定性是研究者的研究热点之一。

(3)Al2O3气凝胶材料

Al2O3气凝胶材料

氧化铝气凝胶材料具有纳米多孔结构、使其具有更轻质量、更小体积达到等效的隔热效果,同时具有高孔隙率、高比表面积和开放的织态结构,在催化剂和催化载体方面具有潜在的应用价值。氧化铝气凝胶还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。

2炭气凝胶材料

炭气凝胶最大的特点就是其在惰性及真空氛围下高达2000℃的耐温性,石墨化后耐温性能甚至能达到3000℃,而且炭气凝胶中的炭纳米颗粒本身就具备对红外辐射极好的吸收性能,从而产生类似于红外遮光剂的效果,因此其高温热导率较低。但是在有氧条件下,炭气凝胶在350℃以上便发生氧化,这使得其在高温隔热领域的应用受到了极大地限制。随着SiC、MoSi2、HfSi2、TaSi2等高抗氧化性涂层的发展,在炭气凝胶材料表面涂覆致密的抗氧化性涂层,阻止氧气的进一步扩散,将使该材料具备极大的应用前景。

3碳化物气凝胶材料

碳化物材料具备极好的抗氧化性能,但是其本身的热导率较高,将其制成含有三维立体网络状结构的气凝胶,可以极大地降低材料的热导率,进一步提高材料的隔热性能。但是国内外对于碳化物气凝胶的研究还相对较少,特别是对于成形性良好的块状碳化物气凝胶的研究尚处于初始阶段,对于其作为高效隔热材料的研究也较为匮乏,仅限于对该材料的制备与表征。

4多组分气凝胶材料

多组分气凝胶材料主要有SiO2/Al2O3、TiO2/SiO2、C/SiC、C/SiO2、Si-C-O、Al-C-O等。

氧化石墨烯-氧化铝复合气凝胶SEM图片

三、耐高温气凝胶隔热材料应用

1航空航天领域

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。用作航空发动机的隔热材料,既起到了极好的隔热作用,又减轻了发动机的重量。

纳米孔气凝胶超级绝热材料应用于航空航天领域

2工业及建筑绝热领域

耐高温气凝胶隔热材料在工业及民用领域有着广泛和极具潜力的应用价值。首先,在电力、石化、化工、冶金、建材行业以及其他工业领域,热工设备普遍存在。工业节能中,纳米孔超级绝热材料也起着非常重要的作用,其中有些特殊的部位和环境,由于受重量、体积或空间的限制,急需高效的超级绝热材料。

耐高温气凝胶隔热材料应用于管道铺设

3 储氢材料

炭气凝胶具有高比表面积、低密度、连续的网络结构且孔洞尺寸很小又与外界相通,具有优良的吸、放氢性能。据了解,美国能源部专门设立了机构,研究掺杂金属的炭气凝胶贮氢,并给予财政资助。

炭气凝胶应用于储氢材料

4 热电池领域

耐高温气凝胶隔热材料应用于电池隔热材料,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。

耐高温气凝胶隔热材料应用于电池隔热材料

用户评论

空谷幽兰

真沒想到氣凝膠這種東西跟隔熱有關係啊!看了文章之後才明白原來耐高温氣凝膠這類新式材料可以讓房屋溫度更穩定,對環境友好又省錢,實在太讚了!

    有15位网友表示赞同!

绳情

我对这种新型隔热材料很感兴趣,特别是它的高温性能,这在某些高端行业来说非常关键。希望以后我能有机会亲身感受一下它的效果!

    有11位网友表示赞同!

容纳我ii

文章写的很好,让我对耐高温气凝胶材料有了更深入的了解。以前从来没听说过这种东西,原来还能起到这样大的作用!

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無極卍盜

虽然气凝膠隔热材料听起来很先进,但如果价格太高的话就说不过去了吧?需要考虑大众经济水平才能推廣开来。

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无寒

我正在装修房子,一直在找合适的隔热材料。看了这篇文章后,感觉耐高温气凝胶材料很有潜力,以后有机会可以问问施工人员是不是可以使用这种新材料

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眉黛如画

说起来,我觉得这种材料应用在航天器或者汽车上更好吧?毕竟它们对高温适应的需求更大,而且空间方面也要更精细的控制。

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夜晟洛

文章讲得很到位啊!耐温性、防火性和轻量化都是很重要的指标,这篇文章总结的很全面!

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(り。薆情海

我觉得这个材料发展前景很好,但现在技术可能还在完善阶段,价格上要降低一些才更适合普通人使用。

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柠栀

看来未来环保建设的新材料很多啊!耐高温气凝胶隔热材料是一种好方向,希望可以得到更广泛的应用,减少对环境的影响。

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发呆

我家的老屋夏天太热,冬天又冷,一直想找合适的保温措施,不知道这个新式材料能不能解决我的问题?

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淡抹烟熏妆丶

文章中提到的各种技术细节让我很困惑,作为一个普通人还是不太好理解,希望可以有更通俗易懂的介绍方式。

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孤城暮雨

真的很难想象气凝胶这种轻盈的东西还能具有如此强大的隔热性能!太让人惊叹了!

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服从

看来未来建筑行业会向着更加智能、环保的方向发展,期待耐高温气凝胶材料能够为我们打造更舒适的生活环境

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迁心

对于普通人来说,这篇文章提供了一些基础知识,但具体的应用案例和价格信息还是需要进一步了解。

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我绝版了i

这个新材料的研发确实很有意义,但我不明白它能不能在日常生活中得到广泛应用?

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栀蓝

耐高温气凝胶隔热材料听起来很不错,希望在以后的家装设计中能够更多地见到它的身影!

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有些人,只适合好奇~

文章写的很有吸引力,让我对这种新材料产生了浓厚的兴趣。希望能了解更多关于它应用方面的例子!

    有15位网友表示赞同!

走过海棠暮

耐高温气凝胶是一种非常好的隔热材料, 应该更加推广和普及使用!

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米兰

这个文章对我来说有些技术含量高,希望可以结合一些图片或视频进行更生动的解释!

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