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气凝胶:可以改变世界的多功能新材料

气凝胶作为被全世界科学界广泛关注的新材料,吸引着世界各国科学家倾力研究。在保温绝热材料、隔音材料、红外线吸收材料、催化剂材料、环境保护材料等领域都有广泛用途。

气凝胶


发展:亟需低成本产业化


气凝胶是世界上密度最小、孔径为纳米量级的固体,种类繁多,主要有硅系、碳系、硫系、金属氧化物系、金属系等等。最早由美国科学工作者Kistler在1931年制得,近10年才开始利用超临界技术小规模生产。


气凝胶又被称为“终极保温绝热材料”、“超级海绵”,可用于捕捉空间粒子,生产耐高低温太空服、生产具有隐形、隔噪、防爆一体的航天器和军工产品,使用气凝胶生产新型网球拍的强度可提高10倍。正是因其具有的诸多优异性能,世界上主要国家都在投入巨资采用昂贵的技术设备生产气凝胶。但气凝胶制备工艺复杂、技术难度大、开发投资资金巨大但产量有限,使得目前仅在军工、航天、石油、体育用品等领域应用。


应用:更多领域值得探索


不久前,气凝胶被国际顶级权威学术杂志《科学》列为十大热门科学技术之一,并称其为可以改变世界的多功能新材料,建筑节能、新能源、化工、安全生产、环保、航空航天、军工、体育用品等领域应用前景广阔。


从目前国内外应用领域来看,气凝胶已被应用于Cerenkov探测器、声阻抗耦合材料、催化剂及载体、高效隔热材料及制备高效储能电池等。


制备:技术已经取得重大突破


当前气凝胶在国内年产量大约在1000立方米到2000立方米之间,只能应用于重要的领域。为推动气凝胶在建筑节能领域的发展和得到更为广泛的应用,研究人员在经过研究后,创新性的设计了全新制备方法,经过试验,终于实现了用常规设备制备出性能优异的二氧化硅气凝胶的目标,攻克了二氧化硅气凝胶低成本产业化的世界技术难题。


二氧化硅气凝胶低成本产业化制备技术的实现,使制备二氧化硅气凝胶的设备投入与传统的超临界干燥技术所需的设备投入相比,成本降低了90%以上,所生产出来的气凝胶质量优异、性能稳定,同时生产设备的安全性大大提高。投资回报期也可由原来的10年以上降低至2年以内,低成本气凝胶可以使众多领域快速发展。


例如,在环境保护及化学工业方面,纳米结构的二氧化硅气凝胶由于孔洞大小分布均匀,气孔率高,可作为新型高效气体过滤材料。其次,气凝胶还可用作吸附材料,吸附CO2气体,吸附苯等化学有毒气体、炸药废水等。


在建筑领域,气凝胶保温毡、保温板应用将日趋普及,特别是含有气凝胶的建筑涂料,具有隔热、隔噪音、比重轻等特点,具有极为客观的市场潜力。气凝胶的产业化将带来节能领域的一场革命。


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