在分形結(jié)構(gòu)研究方面。氣凝膠行業(yè)市場調(diào)查分析報告顯示,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)及其動力學(xué)行為的最佳材料。

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。

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="s8pxvbj" class="wpcom_keyword_link">碳?xì)饽z的熱導(dǎo)率可低達(dá)0.013w/m·K,是目前熱導(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。

在儲能器件方面。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/kg)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?,可以制成新型可充電電池,它具有儲電容量大、?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。

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