具有超低密度的气凝胶必须满足以下几个标准:(i)溶液中的前驱物浓度低;(ii)建立3D网络的多孔结构;(iii)流体去除过程中的稳定性而不***结构;(iv)前体之间的交联。由交联分子前体组成的气凝胶在基质中保持孔结构具有挑战性。为了应对这一挑战,纳米和微米大小的颗粒通常在气凝胶制造过程中用作致孔剂,以增加孔径/孔隙率,降低密度。但是,在这些材料的制备过程中,诸如异质粒度分布,机械强度损失以及热传导和耗散之类的问题仍然是挑战。
气凝胶之所以具有如此神奇的性能
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。这使得气凝胶看上去呈云雾状,又被称为“固态的烟”“固态云”。我们知道,空气为热的不良导体,因此气凝胶是优良的热传导隔绝材料(金属凝胶除外)。一般来说,热量的传递有热传导、对流和辐射三种途径,而气凝胶几乎能阻止热传递的所有途径,从而达到其他材料无法比拟的绝热效果。
气凝胶在民用领域的应用
气凝胶是1931年美国科学家发明的一种具有纳米多孔结构的新型材料,这种材料由于内部多孔,空气体积占比可达99%,密度非常低,并具0.013的极低导热系数(一般800蓬松度的羽绒导热系数也在0.5-1左右),所以成为了许多符合保温材料的主要成分之一。而从其耐温极限来看,可以抗拒1000度以上的高温、也能承受零下150以下的极低温,所以在航空航天等都有广泛应用。 不过这种材料在民用领域可不是直接拿来用的,而是以复合材料的形式出现,在利用其低热导高保温特性的同时,也增加其的抗撕裂等特性,比如给液压气管道包裹用的气凝胶毡。