气凝胶有哪几种？气凝胶材料及其应用

近年来，随着我国经济转型升级、节能降耗政策的不断推进和纳米材料战略的实施，气凝胶材料引起了政府、学术界、企业界和投资界的广泛关注。气凝胶是中国几乎与世界相同、竞争激烈的高科技产品之一。从某种意义上说，中国气凝胶产业的发展将对世界气凝胶产业的发展产生越来越大的影响。

目前，中国大学和研究所在气凝胶领域的研究深度和广度，以及中国企业在低成本气凝胶制造技术方面的毅力，都处于世界领先地位。也许在未来，我们将看到一家依靠技术创新和低成本攻击世界各地城市的企业已经成为气凝胶领域的华为。中国优秀的气凝胶研发团队将继续努力实现中国梦，创新实现中国梦！

一. 气凝胶定义：气凝胶，又称干凝胶，是化学溶液反应形成的溶胶，然后去除凝胶中的溶剂，使空间网结构充满气体，固体密度极低（接近空气密度）。由聚合链连接而成的气凝胶具有超轻、低密度、纳米微孔、超细蜂窝孔尺寸和多孔结构。孔径一般低于 100 nm，气凝胶颗粒尺寸通常小于 200nm。可由无机材料（如二氧化硅、氧化铝等）、有机材料（如聚酰亚胺、碳等）或混合材料（如凝胶玻璃等）制成。

二.气凝胶概述：

气凝胶是由美国组成的纳米多孔结构材料Kistler.S.该发明创造了15项吉尼斯纪录，在热学、光学、电学、力学、声学等领域表现出了许多奇怪的表现，也被称为蓝烟和冻结烟。它被称为改变世界的神奇材料，自20世纪90年代以来被列为十大流行技术之一，具有巨大的军民两用技术应用价值。

气凝胶是较轻、绝缘性能较好的固体材料，被选为世界吉尼斯纪录，气凝胶密度低、导热性低、表面积高、孔隙率高，较初广泛应用于航空航天、军事工业等高端技术领域，随着我国经济转型升级和国家纳米材料战略的实施，气凝胶纳米材料已逐渐广泛应用于工业、建筑、汽车、电子等行业。

气凝胶分类：

气凝胶根据基体的化学性质可分为 4 类：

无机气凝胶：

1) 氧化物(如二氧化硅、氧化铝、二氧化钛)；

2) 氟化物(如氟化镁、氟化钙)；

3) 碳化物(如碳化硅、碳化硼)；

4) 氮化物(如氮化硼、氮化钛)；

5) 混合氧化物(如二氧化钛-氧化硅、氧化钒-二氧化钛)。

有机气凝胶：

1) 醛系(如间苯二酚-甲醛，三聚氰胺-甲醛……）；

2) 脲类衍生物(如氨基甲酸乙酯气凝胶)；

3) 聚合物(如聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚双环戊二烯)；

4) 碳，包括碳纳米管。

混合气凝胶：

混合气凝胶含有有机和无机相，主要由二氧化硅气凝胶改性而成。

如二氧化硅/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）……

复合气凝胶：

气凝胶复合材料由两种或两种以上具有不同化学和物理性质的材料制成；一种材料

形成基体(或连续相)，其它材料形成分散相。气凝胶可作为气凝胶复合材料的基体，

也可用作分散相。

1) 纤维增强气凝胶；

2) 其它气凝胶复合材料。

四.气凝胶的隔热原理：

无对流效应：气凝胶纳米材料孔径小于700nm,气孔中的空气分子失去了自由流动的能力，处于真空状态，无法进行热对流。

无限遮挡效果：气凝胶孔为纳米孔，密度极低。气凝胶中的气孔趋于无限，每个气孔壁都有遮热板的作用，产生几乎无限的遮热板效果，较大限度地减少热辐射。

无限松散路径效应：气凝胶密度极低，大于表面，体积骨架松散，气凝胶有无限纳米孔，气凝胶固体材料沿孔壁传热，无限孔壁形成无限松散路径效应，使固体传热能力接近较低限度。

与其他传统保温材料相比，气凝胶产品具有导热性较低、隔热效果明显的优点。气凝胶材料的导热系数随温度变化不大。随着温度的升高，传统保温材料的导热系数发生了很大的变化，隔热效果也会变差。

气凝胶目前的产品形式和应用领域

目前，很多人都知道气凝胶，但更多的人不了解气凝胶形式的产品及其应用领域。今天，中科将推广气凝胶相关形式的产品和应用。气凝胶的产品形式主要是保温气凝胶毡、板、布、纸、颗粒、粉末和异形件。气凝胶毡、板、布、纸、异形件均为气凝胶及相应产品形式的纤维复合产品。基本技术相似，但产品应用差异较大。

1.气凝胶毡是目前产量较大、应用较广泛的气凝胶产品，广泛应用于航天**、石化、冶金建材、轨道交通、高铁动车、核电船、动力电池、管道罐、冰箱制冷等保温应用领域。

2.气凝胶布、纸张和异形件主要用于一些特殊需要领域。例如，气凝胶布主要用于服装鞋帽领域，气凝胶纸（薄毡）主要用于热电池和一些空间小或管径薄或希望缠绕施工的领域。气凝胶异形件基本上是军事应用。

3.气凝胶板：事实上，毡与板的主要区别只是硬度的差异。毡灵活，可卷曲，板刚度一定，不易弯曲。板材的主要应用是大型设备保温和未来建筑节能内外墙保温。

4.气凝胶超薄保温膜是一种导热性极低的柔性薄膜材料。气凝胶通过特殊工艺膜化，解决消费品在狭小空间内的均热问题，控制和改变导热方向，提高产品性能和使用寿命。适用范围:适用于智能手机、平板电脑、可穿戴设备、柔性电子设备等狭小空间电子设备的高效热管理。

5.气凝胶颗粒：目前主要采用气凝胶透明度填充PC板材或中空玻璃总是采光隔热板。

6.气凝胶涂料：涂料是传统保温材料中非常重要的产品，在许多领域发挥着不可替代的作用。与传统涂料相比，气凝胶涂料导热性低，保温效果好。

7.气凝胶纺织品：高保温性能的纳米复合材料由纳米多孔网结构的气凝胶粉和透气性优良的无纺布制成，其保温性能优于传统保温材料，可用于日常保温领域。织物不含对人体有害的物质，具有耐洗、保温性能优异、塑性强的特点。气凝胶绝缘棉采用气凝胶颗粒作为绝缘填料，气凝胶与聚酯纤维通过特殊的纺丝工艺完美结合。气凝胶绝缘棉具有超保温、柔软、舒适、透气性。是冬季保温服装的理想填充材料，绝缘效果远远超过传统羽绒和填充棉。