溶胶-凝胶法:通过硅源物质的水解和缩聚获得具有三维网络结构的SiO2凝胶,反应生成以≡Si-O-Si≡为主体的聚合物,再经过老化阶段后,形成网络结构的凝胶。在凝胶形成的过程中,部分水解的有机硅发生缩聚反应,缩聚的硅氧链上未水解的基团可继续水解。通过调节反应溶液的酸碱度,控制水解-缩聚过程中水解反应和缩聚反应的相对速率,可得到凝胶结构。在酸性条件下(pH=2.0-5.0),水解速率较快,有利于成核反应形成较多的核;在碱性条件下,有利于核的长大及交联,易形成致密的胶体颗粒。强碱性或高温条件下SiO2的溶解度增大,使终凝胶结构形成胶粒聚集体。气凝胶应用领域有电力工业、钢铁工业、石化油工业、陶瓷业、工业窑炉等。生态环境材料气凝胶欢迎咨询
气凝胶起初是由S.Kistler命名,由于他采用超临界干燥方法成功制备了二氧化硅气凝胶,故将气凝胶定义为:湿凝胶经超临界干燥所得到的材料,称之为气凝胶。在90年代中后期,随着常压干燥技术的出现和发展,90年代中后期普遍接受的气凝胶的定义是:不论采用何种干燥方法,只要是将湿凝胶中的液体被气体所取代,同时凝胶的网络结构基本保留不变,这样所得的材料都称为气凝胶。气凝胶的结构特征是拥有高通透性的圆筒形多分枝纳米多孔三位网络结构,拥有很高孔洞率、极低的密度、高比表面积、超高孔体积率,其体密度在0.003-0.500g/cm-3范围内可调。(空气的密度为0.00129g/cm-3)。湖南气凝胶疑问咨询天阳气凝胶纸隔热性能优越,隔热性能是传统材料的3~5倍。
在电池领域,目前锂离子动力电池组热失控事故时有发生,阻止热失控电芯向电池其他系统传热是主要解决思路。气凝胶毡具有防火、隔热、阻燃的特性,而且质感柔软、易于加工,是非常理想的预防材料;另外在热电池应用领域,气凝胶作为热电池保温筒的隔热材料能够解决多领域对热电池的高性能、长寿命的要求。目前新开发的气凝胶玻纤毡能够将电池包高温耐受能力提高至800℃以上,高度提高电池的耐热性。在交通领域,气凝胶材料主要应用在汽车防火隔热保温降噪层,大容量电池组防火防水保温盒,危险化学品运输车、液化天然气运输船等特种运输工具的保温防火层,高铁和地铁车体保温隔热降噪防火层等。在交通事故引发的火灾中,着火点一般集中在发动机仓位置。在发动机仓和驾驶舱之间加一层气凝胶防火隔离墙,可以阻隔火势蔓延到驾驶舱中。
干燥技术:目前产业化中主要使用的技术是超临界干燥技术和常压干燥技术,其他尚未实现批量生产技术还有真空冷冻干燥、亚临界干燥等。超临界干燥技术是实现批量制备气凝胶技术,已经较为成熟,也是目前国内外气凝胶企业采用较多的技术,超临界干燥可以实现凝胶在干燥过程中保持完好骨架结构。常压干燥技术一种新型的气凝胶制备工艺,是当前研究极活跃,发展潜力很大的气凝胶批产技术。其原理是采用疏水基团对凝胶骨架进行改性,避免凝胶孔洞表面的硅羟基相互结合并提高弹性,同时采用低表面张力液体臵换凝胶原来高比表面积的水或乙醇从而可以在常压下直接干燥获得性能优异的气凝胶材料。尽管目前超临界干燥工艺日益成熟、产品质量满足产业化要求,但是超临界干燥设备制造具有一定门槛,且原料有机硅源价格较高。相比超临界干燥技术,常压干燥技术在设备投入、硅源上均具有明显的成本优势,在技术上存在一定的门槛,适合于后期气凝胶的大规模量产。在25℃室温下,上海天阳气凝胶毡的导热系数约为0.018W/m·K。
科学家声称,气凝胶的基本制备原理是除去凝胶中的溶剂,让其保留完整的骨架。在以往制备气凝胶的案例中,科学家主要采用溶胶—凝胶法和模板导向法。前者可以批量合成,但是可控性差;后者能产生有序的结构,但依赖于模板的精细结构和尺寸,难以大量制备。高超课题组另辟蹊径,探索出无模板冷冻干燥法:将溶解了石墨烯和碳纳米管的水溶液在低温下冻干,便获得了“碳海绵”,并且可以任意调节形状,令生产过程更加便捷,也使这种超轻材料的大规模制造和应用成为可能。气凝胶绝热板通常以纳米二氧化硅气凝胶作为主体材料,通过特殊工艺复合于无机纤维中。陕西气凝胶产品介绍
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气凝胶是处于成长期的新材料,综合估算气凝胶是一个百亿美元空间的新材料赛道:能化领域是目前主要应用市场,油气管道、工业保温为主;建筑建材赛道大,将成为第二大应用场景,预计潜在市场空间超20亿美元;新能源车应用将成为气凝胶在交通领域的主要增长引擎,气凝胶高温耐受性能有望解决三元电池安全痛点,意义非凡,预测2025年全球新能车电池用气凝胶空间达百亿人民币规模。此外,气凝胶性质很好,长期以来受制于技术和成本没有普及,替代同类材料的市场空间巨大,技术护城河高,对于已经掌握关键技术、设备、原料等的企业,极有可能带来产业链成本下降、终端市场的普及。生态环境材料气凝胶欢迎咨询