你還不了解的那些新誕生的新材料呢？今天巖拓和大家講解下氣凝膠保溫材料、真空絕熱板、FTC保溫材料、復(fù)合自保溫砌塊的區(qū)別。
真空絕熱板
真空絕熱板（VIP板）是真空保溫材料中的一種，是由填充芯材與真空保護(hù)表層復(fù)合而成，它有效地避免空氣對流引起的熱傳遞，因此導(dǎo)熱系數(shù)可大幅度降低，可以達(dá)到0.002-0.004w/m.k，為傳統(tǒng)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的1/10。
真空絕熱版的應(yīng)用：
國內(nèi)開始制造并采用真空絕熱板VIP板改良冰箱隔熱層，整個(gè)冰箱制造業(yè)似乎刮起了一陣真空絕熱板VIP板應(yīng)用試驗(yàn)的大風(fēng)潮，再反觀國外一些發(fā)達(dá)國家對真空絕熱板VIP板的研究和使用已經(jīng)有十多年的歷史，以及二十世紀(jì)中國制造業(yè)的崛起與國家節(jié)能政策的頒布實(shí)施，真空絕熱板VIP板這種超強(qiáng)新型的保溫材料正被商家所關(guān)注，市場前景廣闊。
真空絕熱板VIP板主要用于保溫絕熱，如家用冰箱、游艇冰箱、迷你冰箱、車載冰箱、深冷冰柜、電熱水器、自動(dòng)販賣機(jī)、冷凍箱、冷藏集裝箱、建筑墻體保溫和LNG儲(chǔ)運(yùn)等。
冷藏設(shè)備應(yīng)用
冰箱采用真空絕熱板VIP板隔熱
可以節(jié)能10%～30%，并且增加有效容積20%-30%。盡管真空絕熱板VIP板的價(jià)格還偏高，但用戶使用冰箱7～10年節(jié)約的電費(fèi)，已相當(dāng)于冰箱采用真空絕熱板VIP板隔熱增加的費(fèi)用。采用真空絕熱板VIP板隔熱，除了經(jīng)濟(jì)意義外，還有冰箱重量輕，體積小的優(yōu)點(diǎn)。冰箱門和冷凍箱的上開門，要求質(zhì)輕、壁薄，采用真空絕熱板VIP板隔熱有較大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。
以蓄冷材料維持低溫的冷藏箱
用PU或PF保溫時(shí)，保溫期只有1～2天；采用真空絕熱板VIP板隔熱材料后，保溫期延長至4～5天，使原來必須空運(yùn)的物品，可以改用卡車運(yùn)輸或者火車運(yùn)輸，大幅度降低了運(yùn)輸費(fèi)用。
冷藏保溫箱
在內(nèi)裝保溫物品相同的情況下
- 用PU泡沫時(shí)，外形尺寸57cm×50cm×50cm，保溫層厚度3.8 cm，內(nèi)裝21.8 kg冷卻劑，保溫期120 h；
- 用真空絕熱板VIP板隔熱時(shí)，外形尺寸33cm×46cm×28cm，保溫層厚度2.5cm，內(nèi)裝7 kg 冷卻劑，保溫期200 h。
采用真空絕熱板VIP板新材料后，保溫箱體積減少70%，冷卻劑減少68%，而保溫期則延長66%。減少了運(yùn)費(fèi)，提高了運(yùn)距，經(jīng)濟(jì)效果明顯。
真空絕熱板VIP板優(yōu)勢
同其它材料相比，真空絕熱板VIP板以其極低的導(dǎo)熱系數(shù)，在保溫技術(shù)要求相同時(shí)有保溫層厚度薄、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，適用于節(jié)能要求較高的產(chǎn)品，有較大技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。
真空絕熱板VIP板狀況
國內(nèi)研發(fā)真空絕熱板的企業(yè)屈指可數(shù)，國內(nèi)的vip真空隔熱板質(zhì)量與國外也有些差距，但是憑借著中國制造的低成本和低碳經(jīng)濟(jì)的備受關(guān)注，使我們在市場上也有一席之地。
真空絕熱板VIP板芯材區(qū)分
vip真空絕熱板芯材主要有粉體芯材和玻纖芯材，粉體芯材采取二氧化硅為材料的真空絕熱板，導(dǎo)熱系數(shù)相對較高，主要應(yīng)用在墻體保溫；而玻纖芯材的真空絕熱板導(dǎo)熱系數(shù)較低，主要應(yīng)用于冰箱、冰柜、冷藏車的節(jié)能保溫。
FTC保溫材料
FTC保溫材料是新型的無機(jī)保溫蓄能節(jié)能材料，簡稱FTC，達(dá)到A級防火保溫材料，由多種無機(jī)非金屬合纖維礦物質(zhì)，經(jīng)精選細(xì)化深度加工并輔以多種無機(jī)化學(xué)添加劑及相變蓄能材料科學(xué)配比而成。外觀成粉末纖維散狀，不結(jié)塊，現(xiàn)場直接加水?dāng)嚢璩筛酄铙w，抹于墻體表面上密封整體，隨物成型。 由于所選用材料全部是天然無機(jī)礦物質(zhì)，其獨(dú)特的物化性能非常穩(wěn)定，是有機(jī)保溫材料無法比擬的。該保溫材料用于墻體保溫，不但大大提高墻體的保溫阻熱性能，而且成本低，施工程序同常規(guī)瓦工抹水泥沙漿工法一樣方便快捷。不但節(jié)省了抹墻體內(nèi)外兩側(cè)水泥砂漿的原料費(fèi)用，還能大大降低工程造價(jià)，從而又能達(dá)到國家的民用建筑節(jié)能65%標(biāo)準(zhǔn)要求。我國東北高寒地區(qū)采用內(nèi)外加強(qiáng)性的保守保溫設(shè)計(jì)施工方法，值得借鑒和推廣。
FTC自調(diào)溫相變保溫材料的一個(gè)民間的簡稱，并沒有用作相變保溫材料的縮寫，也沒有獲得學(xué)術(shù)界命名認(rèn)可。
簡單說就是把具有一定相變能力的材料（簡稱PCM）通過某種方法，使其進(jìn)入到多孔的基材中，利用基材多孔的超大比表面積吸附固定住PCM材料。然后將固定了PCM材料的基材摻入保溫砂漿中，以實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的調(diào)溫。
ftc變相保溫材料又稱ftc保溫砂漿。該材料是以?；⒅轭w粒、漂珠、水鎂石纖維等為骨料，利用特殊相變材料不同溫度相變點(diǎn)的二元相變儲(chǔ)能機(jī)理，突破了傳統(tǒng)保溫材料的單一熱阻性，兼有熱熔和熱阻性的雙項(xiàng)功能。然后將這些骨料摻入到相應(yīng)的保溫膠粉料當(dāng)中，組成ftc保溫漿料，涂抹施工到保溫墻面，形成保溫層，從而以實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的調(diào)溫。該材料屬于A級不燃保溫材料，符合各類建筑防火要求。
ftc保溫材料適用范圍
FTC相變保溫材料適用于工業(yè)與民用建筑、各類建筑的外墻外保溫（涂料或貼裝等飾面）；外墻內(nèi)保溫；分戶隔墻、吊頂、樓梯間、屋面、頂棚等需要隔聲、保溫隔熱的部位。
復(fù)合自保溫砌塊
復(fù)合自保溫砌塊是由空心結(jié)構(gòu)的主體砌塊、保溫層、保護(hù)層及連接主體砌塊與保護(hù)層并貫通保溫層的“連接柱銷”組成，為確保安全，在連接柱銷中設(shè)置有加強(qiáng)鋼絲。主體砌塊有盲孔、通孔、填充三種構(gòu)造形式。
根據(jù)不同建筑的具體要求，通過保溫層材質(zhì)、厚度，粗細(xì)集料品種、配比，保溫連接柱銷的斷面構(gòu)造、個(gè)數(shù)等可調(diào)整參數(shù)的相應(yīng)設(shè)置，調(diào)整各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，以期最大限度地滿足市場需求。滿足節(jié)能50%～75%的要求；抗壓強(qiáng)度5.0MPa～15MPa，滿足承重、非承重要求，適合生產(chǎn)承重型自保溫砌塊。
主體砌塊的內(nèi)、外壁間、主體砌塊與外保護(hù)層間，是通過“L型T型點(diǎn)狀連接肋”和“貫穿保溫層的點(diǎn)狀柱銷”組合為整體，在柱銷中設(shè)置有鋼絲。在確保安全的前提下，最大限度地降低冷橋效應(yīng)，具有極其優(yōu)異的保溫性能.
復(fù)合自保溫砌塊性價(jià)比
1、具有極其優(yōu)異的保溫性能和性價(jià)比
（1）、非承重型：容重800㎏/m³、抗壓強(qiáng)度≥5MPa、干縮值<0.4mm/m、吸水率≤15%：
● 厚度240mm、傳熱系數(shù)≤0.55W/㎡·K時(shí)，材料成本約:130元/m³
● 厚度270mm、傳熱系數(shù)≤0.40W/㎡·K時(shí)，材料成本約:170元/m³
（2）、承重型：容重1000㎏/m³、抗壓強(qiáng)度≥10MPa、干縮值≤0.4、吸水率≤15%：
● 厚度260mm、傳熱系數(shù)≤0.45W/㎡·K時(shí)，材料成本約:190元/m³
● 厚度290mm、傳熱系數(shù)≤0.25W/㎡·K時(shí)，材料成本約:260元/m³
（3）、內(nèi)墻砌塊：規(guī)格（mm）：長×高×厚=（390～600）×（190～300）×（150～190）、容重650㎏/m³～750㎏/m³、干縮值≤0.4mm/m、抗壓強(qiáng)度≥3.5MPa、傳熱系數(shù)≤1.0W/㎡·K、時(shí)，材料成本約:100元/m³
2、極大的減少墻面裂紋裂縫的產(chǎn)生，顯著提高工程質(zhì)量
連接主體砌塊的內(nèi)、外壁和外保護(hù)層的“L型T型點(diǎn)狀連接肋”和“貫穿保溫層的點(diǎn)狀柱銷”的總面積僅約為0.009平方米，與在砌塊空腔中加保溫材料的自保溫砌塊比，約減少70%的冷橋面積。這為選用建筑垃圾、細(xì)石、尾礦等高強(qiáng)度粗細(xì)集料提供了必須的前提條件。如以細(xì)石砼、建筑垃圾為材質(zhì)時(shí)，砌塊與框架梁、柱、剪力墻、抹面砂漿、砌筑砂漿的線膨脹系數(shù)、干縮值、吸水率、含水率、強(qiáng)度等指標(biāo)很接近，相互間協(xié)同性好；高強(qiáng)度的細(xì)石砼，又為抹面砂漿、砌筑砂漿提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，顯著提高抹面砂漿、砌筑砂漿與砌塊間的粘接強(qiáng)度。從而有效的解決了因溫度應(yīng)力、干濕應(yīng)力等原因產(chǎn)生的墻面裂紋裂縫。并解決同類產(chǎn)品存在的“因外保護(hù)層和抹面砂漿層蠕動(dòng)而產(chǎn)生的墻面裂紋裂縫”。
3、采用嵌入式砌筑方式，顯著增加砌體強(qiáng)度
在主體砌塊的內(nèi)外壁與L型T型點(diǎn)狀連接肋組成的空間中，填充的是低密度EPS板，砌筑砂漿在砌塊重量與砌塊間擠壓力的作用下，自然地壓入EPS板, 嵌固在砌塊的內(nèi)外壁與條狀連接肋之間，形成嵌入式砌筑，有效地增強(qiáng)砌體的抗剪強(qiáng)度和抗震性能。
4、顯著特點(diǎn)
（1）豐富的可調(diào)整參數(shù)
- 通過主體砌塊的混凝土品種、標(biāo)號的選擇（如不同強(qiáng)度等級的細(xì)石混凝土、以建筑垃圾為粗細(xì)集料的利廢混凝土或爐渣、陶粒等輕質(zhì)保溫混凝土），砌塊的抗壓強(qiáng)度可在5.0MPa—7.5MPa之間設(shè)置，干燥收縮值在0.02（%）—0.06（%）之間設(shè)置；可調(diào)整砌塊的抗凍融、含水率等指標(biāo)，并對調(diào)整砌塊的保溫性能有一定作用。
- 通過主體砌塊的壁厚、點(diǎn)狀肋的截面積、肋厚、保護(hù)層的厚度，可調(diào)整砌塊的抗壓、抗折等強(qiáng)度指標(biāo)；
- 通過柱銷的直徑大小，可調(diào)整保護(hù)層的吊掛力、劈裂強(qiáng)度，以滿足粘貼釉面磚、干掛石材、涂料等不同外裝飾方式的要求。
- 通過外保溫層、保溫芯料的密度、品種、厚度的調(diào)整，240mm厚的新型復(fù)合自保溫砌塊的傳熱系數(shù)在0.55 W/㎡·K——0.40 W/㎡·K之間設(shè)置；290mm厚的新型復(fù)合自保溫砌塊的傳熱系數(shù)可在0.35 W/㎡·K——0.15 W/㎡·K之間設(shè)置。
在不改變生產(chǎn)工藝、設(shè)備、模具的前提下，實(shí)現(xiàn)大幅度調(diào)整保溫性能、強(qiáng)度等指標(biāo)，對生產(chǎn)企業(yè)擴(kuò)大市場有著重大意義：滿足各類建筑對節(jié)能指標(biāo)，強(qiáng)度指標(biāo)的要求，擴(kuò)大銷售市場。如節(jié)能65%指標(biāo)，是指包括門窗、梁柱等在內(nèi)的建筑外墻的平均傳熱系數(shù)，并非僅指墻體。對梁柱的保溫大都僅是以高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度為依據(jù)；當(dāng)建筑的窗墻比大、異性系數(shù)大時(shí)，要以提高墻體的保溫性能來平衡。在同一地區(qū)的不同建筑，同一建筑不同朝向的墻面，其墻體的保溫性能要求亦有差異。如在節(jié)能65%時(shí)，六層以上建筑要求外墻體的傳熱系數(shù)≤0.6 W/㎡·K，六層以下建筑則要求外墻體的傳熱系數(shù)≤0.45 W/㎡·K。
（2）獨(dú)特的架構(gòu)形式：結(jié)構(gòu)、材料間的各自獨(dú)立，互為作用，優(yōu)勢互補(bǔ)，充分發(fā)揮各種材料的特性，具有優(yōu)異的綜合性能。
A、內(nèi)外壁、保護(hù)層：材質(zhì)是以建筑垃圾、細(xì)石為骨料的混凝土，賦予砌塊：高強(qiáng)、低干縮值、低吸水率、低含水率和優(yōu)良的抗凍性能、良好的二次施工性能，為裝飾施工和衛(wèi)生潔具的吊掛提供堅(jiān)實(shí)的墻面。增加砌體的熱惰性指標(biāo)，改善室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量，提高居住人體的舒適性。
B、連接柱銷、L型T型點(diǎn)狀連接肋：以混凝土為材質(zhì)，輔以鋼絲加強(qiáng)。其強(qiáng)度足以保證在承擔(dān)保護(hù)層、飾面層自重及正負(fù)風(fēng)壓的長期共同作用下的堅(jiān)固穩(wěn)定，徹底解決同類產(chǎn)品因由保溫層承擔(dān)外力而蠕動(dòng)變形，導(dǎo)致保護(hù)層、外飾面層高密度大面積開裂、脫離及使用壽命的局限，真正實(shí)現(xiàn)自保溫砌塊的整體與建筑同壽。連接肋在滿足內(nèi)外壁的連接強(qiáng)度，墻體在抗壓、抗沖擊、吊掛力等作用時(shí)的應(yīng)力傳遞，搬運(yùn)、砌筑所需強(qiáng)度的前提下，盡可能減小截面積，在確保安全可靠的同時(shí)顯著地降低冷橋效應(yīng)，對保溫節(jié)能有著重要作用。
C、外保溫層、填充保溫層：EPS等保溫材料是填充在混凝土支架的空腔中，自身不承擔(dān)任何作用力。其容重不受二次保溫方式要求≥18㎏/m³、鋼絲網(wǎng)架板要求≥15㎏/m³的限制。當(dāng)有特殊防火要求時(shí)，可選用礦棉板等。
D、管線盒及衛(wèi)生潔具、空調(diào)等的吊掛簡便可靠：主體砌塊是由內(nèi)外壁和連接于其間的L型T型連接肋組成，根據(jù)設(shè)計(jì)相應(yīng)掏去L型T型點(diǎn)狀連接肋之間的泡沫，即可在墻體中多方向布置管線；在相對堅(jiān)實(shí)的墻面開孔后，取出周圍少量泡沫后填入膠泥，即可在膠泥中埋設(shè)開關(guān)盒或衛(wèi)生潔具、空調(diào)等的吊掛件，牢固可靠。
5、防火
（1）、滿足公安部“公消[2011]65號”要求——其防火性能已獲住建部官方確證。自保溫砌塊的混凝土框架構(gòu)造本身是A級防火的整體結(jié)構(gòu)，B1級EPS等保溫材料是填充于構(gòu)造體系的空腔中，屬自保溫體系。
保溫材料是填充在混凝土支架的空腔中，在砌筑時(shí)，其只與砌筑砂漿接觸，無火災(zāi)隱患；成墻后，EPS等保溫材料是被密閉在>25—30mm厚的混凝土保護(hù)層內(nèi)，沒有燃燒的環(huán)境，亦無點(diǎn)燃的途徑。
（2）、當(dāng)有特殊防火要求時(shí)，保溫材料可選用礦棉板、玻璃棉板等無機(jī)保溫材料。
氣凝膠保溫材料
氣凝膠是一種固體物質(zhì)形態(tài)，世界上密度最小的固體。密度為3千克每立方米。一般常見的氣凝膠為硅氣凝膠，其最早由美國科學(xué)工作者Kistler在1931年因與其友打賭制得。氣凝膠的種類很多，有硅系，碳系，硫系，金屬氧化物系，金屬系等等。aerogel是個(gè)組合詞，此處aero是形容詞，表示飛行的，gel顯然是凝膠。字面意思是可以飛行的凝膠。任何物質(zhì)的gel只要可以經(jīng)干燥后除去內(nèi)部溶劑后，又可基本保持其形狀不變，且產(chǎn)物高孔隙率、低密度，則皆可以稱之為氣凝膠。
因?yàn)槊芏葮O低，最輕的氣凝膠僅有0.16毫克每立方厘米，比空氣密度略低，所以也被叫做“凍結(jié)的煙”或“藍(lán)煙”。由于里面的顆粒非常小（納米量級），所以可見光經(jīng)過它時(shí)散射較小（瑞利散射），就像陽光經(jīng)過空氣一樣。因此，它也和天空一樣看著發(fā)藍(lán)（如果里面沒有摻雜其它東西），如果對著光看有點(diǎn)發(fā)紅。（天空是藍(lán)色的，而傍晚的天空是紅色的）。由于氣凝膠中一般80%以上是空氣，所以有非常好的隔熱效果，一寸厚的氣凝膠相當(dāng)20至30塊普通玻璃的隔熱功能。即使把氣凝膠放在玫瑰與火焰之間，玫瑰也會(huì)絲毫無損。氣凝膠在航天探測上也有多種用途，在俄羅斯“和平”號空間站和美國“火星探路者”的探測器上都有用到這種材料。氣凝膠也在粒子物理實(shí)驗(yàn)中，使用來作為切連科夫效應(yīng)的探測器。位在高能加速器研究機(jī)構(gòu)B介子工廠的Belle 實(shí)驗(yàn)探測器中一個(gè)稱為氣凝膠切連科夫計(jì)數(shù)器(Aerogel Cherenkov Counter, ACC) 的粒子鑒別器，就是一個(gè)最新的應(yīng)用實(shí)例。這個(gè)探測器利用的氣凝膠的介于液體與氣體之低折射系數(shù)特性，還有其高透光度與固態(tài)的性質(zhì)，優(yōu)于傳統(tǒng)使用低溫液體或是高壓空氣的作法。同時(shí)，其輕量的性質(zhì)也是優(yōu)點(diǎn)之一。
氣凝膠，作為世界最輕的固體，已入選吉尼斯世界紀(jì)錄。這種新材料密度僅為3.55千克每立方米，僅為空氣密度的2.75倍；干燥的松木密度（500千克每立方米）是它的140倍。這種物質(zhì)看上去像凝固的煙，但它的成分與玻璃相似。由于它的密度極小，用于航空航天方面非常合適。美宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室瓊斯博士研制出的新型氣凝膠，主要由純二氧化硅等組成。在制作過程中，液態(tài)硅化合物首先與能快速蒸發(fā)的液體溶劑混合，形成凝膠，然后將凝膠放在一種類似加壓蒸煮器的儀器中干燥，并經(jīng)過加熱和降壓，形成多孔海綿狀結(jié)構(gòu)。瓊斯博士最終獲得的氣凝膠中空氣比例占到了99.8%。
氣凝膠因其半透明的色彩和超輕重量，有時(shí)也被稱為“固態(tài)煙”或“凍住的煙”。這種新材料看似脆弱不堪，其實(shí)非常堅(jiān)固耐用，最高能承受1400攝氏度的高溫。氣凝膠的這些特性在航天探測上有多種用途。俄羅斯“和平”號空間站和美國“火星探路者”探測器上，都用到了氣凝膠材料。
美國國家宇航局研制出的一種新型氣凝膠，由于密度只有每立方厘米3毫克，日前已經(jīng)作為“世界上密度最低的固體”正式入選《吉尼斯世界紀(jì)錄》。
這種氣凝膠呈半透明淡藍(lán)色，重量極輕，因此人們也把它稱為“固態(tài)煙”。新型氣凝膠是由美國國家宇航局下屬的“噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室”材料科學(xué)家史蒂芬·瓊斯博士研制的。它的主要成分和玻璃一樣也是二氧化硅，但因?yàn)樗?9.8%都是空氣，所以密度只有玻璃的千分之一。
氣凝膠貌似“弱不禁風(fēng)”，其實(shí)非常堅(jiān)固耐用。它可以承受相當(dāng)于自身質(zhì)量幾千倍的壓力，在溫度達(dá)到1200攝氏度時(shí)才會(huì)熔化。此外它的導(dǎo)熱性和折射率也很低，絕緣能力比最好的玻璃纖維還要強(qiáng)39倍。由于具備這些特性，氣凝膠便成為航天探測中不可替代的材料，俄羅斯“和平”號空間站和美國“火星探路者”探測器都用它來進(jìn)行熱絕緣。
氣凝膠在航天中的應(yīng)用遠(yuǎn)不止這些，美國國家宇航局的“星塵”號飛船正帶著它在太空中執(zhí)行一項(xiàng)十分重要的使命———收集彗星微粒?？茖W(xué)家認(rèn)為，彗星微粒中包含著太陽系中最原始、最古老的物質(zhì)，研究它可以幫助人類更清楚地了解太陽和行星的歷史。2006年，“星塵”號飛船將帶著人類獲得的第一批彗星星塵樣品返回地球。
但收集彗星星塵并不是件容易的事，它的速度相當(dāng)于步槍子彈的6倍，盡管體積比沙粒還要小，可是當(dāng)它以如此高速接觸其它物質(zhì)時(shí)，自身的物理和化學(xué)組成都有可能發(fā)生改變，甚至完全被蒸發(fā)。如今科學(xué)家有了氣凝膠，這個(gè)問題就變得很簡單了。它就像一個(gè)極其柔軟的棒球手套，可以輕輕地消減彗星星塵的速度，使它在滑行一段相當(dāng)于自身長度200倍的距離后慢慢停下來。在進(jìn)入“氣凝膠手套”后，星塵會(huì)留下一段胡蘿卜狀的軌跡，由于氣凝膠幾乎是透明的，科學(xué)家可以按照軌跡輕松地找到這些微粒。
氣凝膠制備方法
氣凝膠最初是由S.Kistler命名，由于他采用超臨界干燥方法成功制備了二氧化硅氣凝膠，故將氣凝膠定義為：濕凝膠經(jīng)超臨界干燥所得到的材料，稱之為氣凝膠。在90年代中后期，隨著常壓干燥技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，90年代中后期普遍接受的氣凝膠的定義是：不論采用何種干燥方法，只要是將濕凝膠中的液體被氣體所取代，同時(shí)凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本保留不變，這樣所得的材料都稱為氣凝膠。氣凝膠的結(jié)構(gòu)特征是擁有高通透性的圓筒形多分枝納米多孔三位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，擁有極高孔洞率、極低的密度、高比表面積、超高孔體積率，其體密度在0.003-0.500 g/cm-3范圍內(nèi)可調(diào)。（空氣的密度為0.00129 g/cm-3）。
氣凝膠的制備通常由溶膠凝膠過程和超臨界干燥處理構(gòu)成。在溶膠凝膠過程中，通過控制溶液的水解和縮聚反應(yīng)條件，在溶體內(nèi)形成不同結(jié)構(gòu)的納米團(tuán)簇，團(tuán)簇之間的相互粘連形成凝膠體，而在凝膠體的固態(tài)骨架周圍則充滿化學(xué)反應(yīng)后剩余的液態(tài)試劑。為了防止凝膠干燥過程中微孔洞內(nèi)的表面張力導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的破壞，采用超臨界干燥工藝處理，把凝膠置于壓力容器中加溫升壓，使凝膠內(nèi)的液體發(fā)生相變成超臨界態(tài)的流體，氣液界面消失，表面張力不復(fù)存在，此時(shí)將這種超臨界流體從壓力容器中釋放，即可得到多孔、無序、具有納米量級連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的低密度氣凝膠材料。
氣凝膠作用
研究領(lǐng)域
在分形結(jié)構(gòu)研究方面。硅氣凝膠作為一種結(jié)構(gòu)可控的納米多孔材料，其表現(xiàn)密度明顯依賴于標(biāo)度尺寸，在一定尺度范圍內(nèi)，其密度往往具有標(biāo)度不變性，即密度隨尺度的增加而下降，而且具有自相似結(jié)構(gòu)，在氣凝膠分形結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究方面的結(jié)構(gòu)還表明，在不同尺度范圍內(nèi)，有三個(gè)色散關(guān)系明顯不同的激發(fā)區(qū)域，分別對應(yīng)于聲子、分形子和粒子模的激發(fā)。改變氣凝膠的制備條件，可使其關(guān)聯(lián)長度在兩個(gè)量級的范圍內(nèi)變化。因此硅氣凝膠已成為研究分形結(jié)構(gòu)及其動(dòng)力學(xué)行為的最佳材料。
1、在“863”高技術(shù)強(qiáng)激光研究方面
納米多孔材料具有重要應(yīng)用價(jià)值，如利用低于臨界密度的多孔靶材料，可望提高電子碰撞激發(fā)產(chǎn)生的X光激光的光束質(zhì)量，節(jié)約驅(qū)動(dòng)能，利用微球形節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的新型多孔靶，能夠?qū)崿F(xiàn)等離于體三維絕熱膨脹的快速冷卻，提高電子復(fù)合機(jī)制 產(chǎn)生的x光激光的增益系數(shù)，利用超低密度材料吸附核燃料，可構(gòu)成激光慣性約束聚變的高增益冷凍靶。氣凝膠纖細(xì)的納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、結(jié)構(gòu)介觀尺度上可控，成為研制新型低密度靶的最佳候選材料。
2、在作為隔熱材料方面
硅氣凝膠纖細(xì)的納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有效地限制了局域熱激發(fā)的傳播，其固態(tài)熱導(dǎo)率比相應(yīng)的玻璃態(tài)材料低2—3個(gè)數(shù)量級。納米微孔洞抑制了氣體分子對熱傳導(dǎo)的貢獻(xiàn)。硅氣凝膠的折射率接近l，而且對紅外和可見光的湮滅系數(shù)之比達(dá)100以上，能有效地透過太陽光，并阻止環(huán)境溫度的紅外熱輻射，成為一種理想的透明隔熱材料，在太陽能利用和建筑物節(jié)能方面已經(jīng)得到應(yīng)用。通過摻雜的手段，可進(jìn)一步降低硅氣凝膠的輻射熱傳導(dǎo)，常溫常壓下?lián)?span id="gnqn1uh" class="wpcom_keyword_link">碳?xì)饽z的熱導(dǎo)率可低達(dá)0．013w/m·K，是熱導(dǎo)率最低的固態(tài)材料，可望替代聚氨脂泡沫成為新型冰箱隔熱材料。摻入二氧化鈦可使硅氣凝膠成為新型高溫隔熱材料，800K時(shí)的熱導(dǎo)率僅為0．03w/m·K，作為軍品配套新材料將得到進(jìn)一步發(fā)展。
由于硅氣凝膠的低聲速特性，它還是一種理想的聲學(xué)延遲或高溫隔音材料。該材料的聲阻抗可變范圍較大(103—107 kg/m2·s)，是一種較理想的超聲探測器的聲阻耦合材料，如常用聲阻匝Zp=1．5×l07 kg/m2·s的壓電陶瓷作為超聲波的發(fā)生器和探測器，而空氣的聲阻只有400 kg/m2·s。用厚度為l/4波長的硅氣凝膠作為壓電陶瓷與空氣的聲阻耦合材料．可提高聲波的傳輸效率，降低器件應(yīng)用中的信噪比。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，密度在300 kg/m3左右的硅氣凝膠作為耦合材料，能使聲強(qiáng)提高30 dB，如果采用具有密度梯度的硅氣凝膠，可望得到更高的聲強(qiáng)增益。
在環(huán)境保護(hù)及化學(xué)工業(yè)方面。納米結(jié)構(gòu)的氣凝膠還可作為新型氣體過濾 ，與其它材料不同的是該材料孔洞大小分布均勻，氣孔率高，是一種高效氣體過濾材料。由于該材料特別大的比表而積．氣凝膠在作為新型催化劑或催化劑的載體方而亦有廣闊的應(yīng)用前景。
3、在儲(chǔ)能器件方面
有機(jī)氣凝膠經(jīng)過燒結(jié)工藝處理后將得到碳?xì)饽z 這種導(dǎo)電的多孔材料是繼纖維狀活性碳以后發(fā)展起來的一種新型碳素材料，它具有很大的比表面積(600—1000 m2/g)和高電導(dǎo)率(10—25 s/cm)．而且，密度變化范圍廣(0.05—1.0 g/cm3)．如在其微孔洞內(nèi)充入適當(dāng)?shù)碾娊庖海梢灾瞥尚滦涂沙潆婋姵?，它具有?chǔ)電容量大、內(nèi)阻小、重量輕、充放電能力強(qiáng)、可多次重復(fù)使用等優(yōu)異特性，初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：碳?xì)饽z的充電容量達(dá)3×104/kg2，功率密度為7 kw/kg，反復(fù)充放電性能良好。
在材料的量子尺寸效應(yīng)研究方面。由于硅氣凝膠的納米網(wǎng)絡(luò)內(nèi)形成量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，化學(xué)氣相滲透法摻Si及溶液法摻C60的結(jié)果表明，摻雜劑是以納米晶粒的形式存在，并觀察到很強(qiáng)的可見光發(fā)射，為多孔硅的量子限制效應(yīng)發(fā)光提供了有力證據(jù)。利用硅氣凝膠的結(jié)構(gòu)以及C60的非線性光學(xué)效應(yīng)，可進(jìn)一步研制新型激光防護(hù)鏡。通過摻雜的方法還是形成納米復(fù)合相材料的有效手段。
此外，硅氣凝膠是折射率可調(diào)的材料，使用不同密度的氣凝膠介質(zhì)作為切倫柯夫閥值探測器，可確定高能粒子的質(zhì)量和能量。因高速粒子很容易穿入多孔材料并逐步減速，實(shí)現(xiàn)“軟著陸”，如選用透明氣凝膠在空間捕獲高速粒子，可用肉眼或顯微鏡觀察被阻擋、捕獲的粒子。
作為一種新型納米多孔材料，除硅氣凝膠外，已研制的還有其它單元、二元或多元氧化物氣凝膠、有機(jī)氣凝膠及碳?xì)饽z。作為一種獨(dú)特的材料制備手段，相關(guān)的工藝在其它新材料研制中得到廣泛應(yīng)用，如制備氣孔率極高的多孔硅、制備高性能催化劑的金屬—?dú)饽z混合材料、高溫超導(dǎo)材料、超細(xì)陶瓷粉末等。
研究單位
2013年國際上關(guān)于氣凝膠材料的研究工作主要集中在德國的維爾茨堡大學(xué)、BASF公司、美國的勞倫茲·利物莫爾國家實(shí)驗(yàn)室、桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室，法國的蒙彼利埃材料研究中心，日本高能物理國家實(shí)驗(yàn)室等。國內(nèi)主要集中在同濟(jì)大學(xué)波爾固體物理實(shí)驗(yàn)室、國防科技大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、納諾科技有限公司及廣東埃力生高新科技有限公司。
其他用途
1、制作火星探險(xiǎn)宇航服
2002年，美國宇航局成立了一家公司，專門生產(chǎn)更結(jié)實(shí)更有韌性的氣凝膠。美國宇航局2013年已經(jīng)確定，在2018年火星探險(xiǎn)時(shí)，宇航員們將穿上用新型氣凝膠制造的宇航服。該公司的資深科學(xué)家馬克·克拉杰沃斯基說，只要在宇航服中加入一個(gè)18毫米厚的氣凝膠層，那么它就能幫助宇航員扛住1300℃的高溫和零下130℃的超低溫?！斑@是我見過的最有效的恒溫材料?！瘪R克如是說。
2、防彈不怕被炸
防彈是新型氣凝膠的第二個(gè)重要用途。美國宇航局的這家公司正在對用氣凝膠建造的住所和軍車進(jìn)行測試。根據(jù)試驗(yàn)室的試驗(yàn)情況來看，如果在金屬片上加一層厚約6毫米的氣凝膠，那么，就算炸藥直接炸中，對金屬片也分毫無傷。
3、可處理生態(tài)災(zāi)難
環(huán)保是新型氣凝膠的第三個(gè)重要作用?？茖W(xué)家們將氣凝膠親切地稱為“超級海綿”，因?yàn)槠浔砻嬗谐砂偕锨f的小孔，所以是非常理想的吸附水中污染物的材料。美國科學(xué)家新發(fā)明的氣凝膠居然能吸出水中的鉛和水銀。據(jù)這位科學(xué)家稱，這種氣凝膠是處理生態(tài)災(zāi)難的絕好材料，比如說1996年“海上快車”油輪沉沒后，72000噸原油外泄，如果當(dāng)時(shí)用上這種材料的話，那么就不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)海岸受到嚴(yán)重的污染。
4、網(wǎng)球拍擊球能力更強(qiáng)
新型氣凝膠也將步入我們每個(gè)人的未來日常生活。比如說美國的Dunlop體育器材公司已經(jīng)成功研發(fā)了含有氣凝膠的網(wǎng)球拍。這種網(wǎng)球拍據(jù)說擊球的能力更強(qiáng)；2012年年初，66歲的鮑博·斯托克成為第一個(gè)將氣凝膠用于住房的英國人：“保溫加熱的效果非常好，我將空調(diào)的溫度下降了5℃，結(jié)果室內(nèi)的溫度仍然非常舒適?！钡巧秸咭矊饽z的運(yùn)用充滿了希望。英國登山家安尼·帕爾門特2011年登珠峰時(shí)所穿的鞋子就是使用了部分氣凝膠材料，他的睡袋里也有一層這種新材料。
性能優(yōu)越，高彈性、強(qiáng)吸附，應(yīng)用前景廣闊
據(jù)專家介紹，“碳海綿”具備高彈性，被壓縮80%后仍可恢復(fù)原狀。它對有機(jī)溶劑具有超快、超高的吸附力，是迄今已報(bào)道的吸油力最高的材料。現(xiàn)有的吸油產(chǎn)品一般只能吸自身質(zhì)量10倍左右的液體，而“碳海綿”的吸收量是250倍左右，最高可達(dá)900倍，而且只吸油不吸水?！按笪竿酢背杂袡C(jī)物的速度極快：每克這樣的“碳海綿”每秒可以吸收68.8克有機(jī)物。 20世紀(jì)，實(shí)驗(yàn)室正在對這一材料的吸附性能進(jìn)行進(jìn)一步的應(yīng)用性研究?？蒲腥藛T聲稱，“碳海綿”還可能成為理想的相變儲(chǔ)能保溫材料、催化載體、吸音材料以及高效復(fù)合材料。不過很難準(zhǔn)確預(yù)計(jì)其應(yīng)用領(lǐng)域與前景，還得依靠社會(huì)以及產(chǎn)業(yè)界的想象力，讓這個(gè)新材料走出實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用價(jià)值。
