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超级隔热陶瓷气凝胶可用于航天领域

本报讯(记者刘晓倩)兰州大学土木工程与力学学院青年教授张强强与哈尔滨工业大学、美国加州大学洛杉矶分校和伯克利分校的学者合作,研制出一种同时具备超轻、高力学强度和超级隔热三大特点的陶瓷气凝胶。利用其设计的超级隔热系统可应用于航天器等领域。该成果日前在线发表于《科学》。$$张强强介绍说,气凝胶结构坚固,可由陶瓷、碳或金属氧化物等许多材料制成。与其他绝缘体相比,陶瓷气凝胶以其低密度、低热导率和良好的耐火、耐腐蚀特性,被认为是理想的隔热材料。自20世纪90年代以来,陶瓷气凝胶一直应用于工业设备隔热,也被用于美国宇航局的火星探测器中。$$然而,质脆以及晶化诱导的粉碎行为,使陶瓷气凝胶在...  (本文共1页) 阅读全文>>

《发明与创新(中学生)》2019年05期
发明与创新(中学生)

超级隔热陶瓷气凝胶可用于航天领域

兰州大学土木工程与力学学院教授张强强与哈尔滨工业大学、美国加州大学的学者合作,研制出一种超轻、高力学强度和超级隔热的陶瓷气凝胶。研究人员利用多尺度结构化设计和三维石墨烯气凝胶模板化制备,合成了同时具有强大的机械和热学稳定性的氮化硼以及碳化硅陶瓷气凝胶材料。这类材料拥有超低的热导率,还可承受数百次温度在几秒钟内从900℃降低到-198℃的剧烈波动。利用其设计...  (本文共1页) 阅读全文>>

《中国粉体工业》2015年06期
中国粉体工业

中科院苏州纳米所等在高分子气凝胶领域获系列进展

气凝胶是一种轻质多孔的纳米材料,在航空航天、国防等高技术领域及建筑、工业管道保温等民用领域都有极其广泛的应用前景。根据其孔壁材料的组分属性进行划分,可以把气凝胶分为无机气凝胶(如目前唯一商业化的氧化硅气凝胶)、有机高分子气凝胶(如酚醛树脂气凝胶等)和碳气凝胶这三大类。如何通过结构设计、化学组装和化工工艺等手段,获得新型高性能/多功能的气凝胶材料,仍然是该领域所面临的重要基础研究课题之一。最近,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员张学同领导的气凝胶团队与北京理工大学的科研人员合作,在高分子气凝胶领域获得了系列新进展。首先,将零维、一维或二维纳米材料均匀分散于液体介质中,只要其浓度处于合适范围内,纳米颗粒即可相互接触形成动态网络。选择与纳米颗粒界面有相互作用的第二组分,引入初级网络体系中。此时,第二组分将优先吸附于纳米颗粒的表面。随后,引发第二组分的原位聚合/固化/交联,以实现对初级网络的“共形”包覆。这样,由纳米颗粒形成的...  (本文共2页) 阅读全文>>

《中国科学:化学》2019年02期
中国科学:化学

气凝胶的阻燃改性研究进展

1引言以气体取代湿凝胶中的液体,同时凝胶的网络结构基本保持不变,这样所得的固体泡沫材料称为气凝胶.气凝胶一般具有低导热系数、极低密度、高孔隙率、纳米级孔径且气孔分布均匀等特点[1].气凝胶的制备主要由溶胶凝胶过程和超临界或冷冻干燥处理过程构成,但由于此工艺过程较为复杂、条件苛刻且生产成本高,导致目前气凝胶还处于实验室制备阶段.目前,气凝胶的研究主要集中在保温隔热、吸附、催化等方面,涉及气凝胶阻燃的研究比较少.近年来,有不少研究者开始关注气凝胶产品的阻燃性能,已有的关于阻燃气凝胶的研究根据其孔壁的组成成分可以分为硅系气凝胶、高分子气凝胶和碳系气凝胶.不同种类的气凝胶具有不同的特性.硅系气凝胶[2,3]发现得最早且研究最多,它能够有效地透过太阳光,同时阻止环境温度的红外热辐射,由于其本身是无机材料,因此阻燃效果好,但是硅系气凝胶脆,力学性能有待提高;高分子气凝胶[4,5]具有优良的力学性能、收缩小易于制备且种类多,可作为碳系气凝胶的...  (本文共10页) 阅读全文>>

《百科知识》2019年13期
百科知识

气凝胶的前世今生

会导致凝胶网格的破坏。基斯特勒的突围之策是超临界干燥法。超临界干燥法是指通过压力和温度条件的控制,让液体在临界温度之上完成从液相至气相的转变,并依靠压力作用来抑制气相的逸散。不过,基斯特勒总感觉用明胶做成的气凝胶太过脆弱,可能不会有什么应用前景。于是,基斯特勒选择硅胶作为实验对象,利用超临界干燥法去除了硅胶中的液体成分,从而成功地制成了世界上第一个真正意义上的气凝胶。这种二氧化硅气凝胶的结构中,98%是空气。此后,基斯特勒又成功制备了氧化铝、氧化钨、氧化铁、氧化锡、酒石酸镍、明胶、琼脂、橡胶等气凝胶。“固态的烟”气凝胶是当今世界已知的最轻的固体材料,以超高的比表面积和极低的导热系数而闻名。气凝胶的比表面积可高达1000平方米/克;气凝胶的密度可低至0.003克/立方厘米;气凝胶的隔热性能优良,1寸厚的掺入部分碳元素的硅胶相当于二三十块普通玻璃的隔热性能。气凝胶之所以具有如此神奇的性能,就在于气凝胶中绝大部分成分为气体。这使得气凝...  (本文共4页) 阅读全文>>

《工程研究-跨学科视野中的工程》2017年06期
工程研究-跨学科视野中的工程

气凝胶材料的发展趋势与应用前景

引言气凝胶是湿凝胶在脱除液相介质的同时保持体积尽可能不收缩而得到的超多孔结构。气凝胶材料是一种纳米多孔的非晶固态材料,空气代替了凝胶中的液体而凝胶自身网络结构没有改变[1,2]。气凝胶最早是在1931年由斯坦福大学的Kistler[3]采用盐酸水解水玻璃的方法结合超临界干燥技术(乙醇为超临界干燥介质)制备而得。在这之后,许多与气凝胶相关的研究论文被陆续发表在Nature等知名学术期刊上,气凝胶材料因此受到了广泛的研究和讨论。1985年,全世界的气凝胶研究者们在维尔兹堡开展了首届“气凝胶国际研讨会”(International Symposiumon Aemgels,ISA)。随着各类研究的不断深入,气凝胶材料的体系也越来越庞大,包括无机气凝胶[4,5]、有机气凝胶[6-8]、碳气凝胶[9,10]以及近年来被广泛研究的金属气凝胶[1 1,1 2]等。当前制备的各类气凝胶,比表面积可达l000 m2/g以上,孔径的尺寸处于介孔范围(...  (本文共10页) 阅读全文>>

《现代技术陶瓷》2018年01期
现代技术陶瓷

气凝胶研究进展

气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚集构成纳米多孔网络结构、并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料,其固体相和孔隙结构均为纳米尺度,是湿凝胶干燥过程中将其中的液体成分替换成气体而仍然保持其凝胶网络的三维多孔纳米材料[1]。图1给出了气凝胶与干凝胶之间的主要区别。目前制得的气凝胶孔隙率一般在80%~99.8%,典型孔洞尺寸在50 nm范围内,比表面积可高达l000 m2·g-1。此外,气凝胶的密度极低,且易通过工艺条件来调控。气凝胶的连续三维网络结构使得其在热学、力学、声学、光学、电学、吸附等方面都显示出独特的性质,引起了研究者们极大的兴趣。正是由于其微观结构呈现出“蜂窝状”的多孔形貌,加之其具有比表面积大、孔隙率高、密度低、热导率低等特点,气凝胶在分离材料[3]、绝热材料[4]、高能物理[5]、高效催化剂及催化剂载体[6]、气体及生物传感器[7]、低介电常数材料[8]等很多方面均具有巨大的应用潜力,如图2所示。气凝胶最初...  (本文共39页) 阅读全文>>