气凝胶的结构与制备
凝胶脱去大部分溶剂 ，使凝胶中液体含量 比固体含量少得多， 或凝胶的空间网状结 构中充满的介质是气 体，外表呈固体状， 所以气凝胶也被称为 干凝胶。
荷叶效应
气凝胶特性
Samuel Stephens Kistler 1931年发明 最轻的固体：0.03 kg/m3 孔径率最高的纳米孔材料： 90%～99.8% 拥有最大比表面积： 200-1000 m2/g 热导率最低的固体材料：TC=12 mW/mK 隔热，透明， 憎水，防震， 隔音 化学性能稳定： 等同于玻璃 （SiO2)
“零夹层”气凝胶纤维
3mm防风衣 （40mm羽绒服）
碳纤维加气凝胶内底 英·安妮·怕你特尔征服 喜马拉雅山
气凝胶材质帐篷 适用于极低恶劣环境 南极洲、北极圈探险队专用 防水、透气、质轻、保温气凝胶的 Nhomakorabea育竞技系列
邓普禄气凝胶255网球拍
韧性 轻质 拉伸强度 结构力度
其它应用领域
汽车汽电车池组电保温池，发组动机、及保排气温管隔热
D.疏水性能 E.经久耐用 F.绿色环保 G.保护设备、便于施工等
使用寿命
阿仑尼乌斯研究方法测试热老化 （等效性实验） 600 ℃,3h
20年后收缩 <1%
气凝胶作为耐高温的无机材料。 使用前后能够保持不粉化、不脆化、不老
化。 不支持霉菌生长，综合性能长期保持不变。 使用年限，与建筑物同寿命。
输油管道的截面比较
开发南海油气 保卫领海主权
未来深海油气的开采应 用气凝胶是必然趋势
LNG (液化天然气)
绿色环保、改善能源结构
LNG(液化天然气)
-162℃ 聚氨酯发泡，0.024 W/(K·m） 气凝胶，0.012W/(K·m）
气凝胶复合材料
应用在石油冶炼，储存和管道输送上
安装示意图
气凝胶复合材料
气 凝 胶 热 毡 性 能 特 点 及 对 比
国家玻璃纤维产品质量监督检验中心 导热系数（25℃）测定值为0.014W\(m·K)
back
施工方法
目前国外的价格为20-30 美元 /平方米（6mm） 目前国内的价格为220-300 元/平方米（6mm）
炉体保温 城市高级建筑墙
气凝胶复合材料
美国环保署证实：
气凝胶作为非晶体硅
⑴无毒性，无诱变，不腐蚀
⑵无致癌作用
⑶硅进入人体不起化学反应，不被人体吸收
⑷非刺激性物质
⑸不影响人体健康
气凝胶的优势
A.导热系数低 B.密度小 C.持久耐热、防火性能
德国DIN5510-S5级、建筑不燃性测试GB\T 5464
气凝胶可以作为飞机上使用的隔热消音材料 。据报道，航天飞机及宇宙飞船在重返大气 层时要经历数千摄氏度的白炽高温，保护其 安全重回地球的绝热材料正是SiO2气凝胶。 美国NASA在“火星流浪者”的设计中，使用 了SiO2气凝胶作为保温层,用来抵挡火星夜晚 的超低温。
工业设备及管道的保温
锅炉、炼解炉、 干燥机和窑的 保温
宇宙飞船重返地面 高速飞行中承受大气层剧烈摩擦 气凝胶隔绝千摄氏度高温 保障航天器安全返还
美·宇航服气凝胶材质的隔热内里 该夹层约18毫米厚度 能够帮助宇航员承受抗击 1400℃的高温~-130℃的超低温 ·
军事应用
美·DDG51驱逐舰
船舶保温，如锅炉、舱壁、舱体、甲板、 热力源、管道、烟囱和甲板等
站
绝缘
首席
—邹哲
“星尘计划”
美宇航局星尘计划
科学家
—
星 尘 计 划 模 拟 图
NASA的彗星灰尘俘获器，装置了气凝胶
彗星离子速度极高,一般 的材料很难捕捉得到。 而硅气凝胶质量较轻,透 明度较好,可升入太空准 确确定这些高速粒子的 位置,且其表面积大、热 导率低对磁和紫外辐射 的抵抗能力强,不受其它 粒子的腐蚀,在太空中是 不可替代的首选材料。 目前在“开创火星”任 务中使用的就是硅气凝 胶,而且收集气凝胶颗粒 可用于保护太空镜。
气凝胶块
纳米多孔SiO2气凝胶以其独特的 结构可有效的阻止热量的传输的， 常温常压下热导率小于0.013 W/m×K，比静止空气的热导率 （0.026 w/k·m）还低，是目前 热导率最低的固体材料，可称为 超级绝热材料。SiO2可在高温下 稳定工作，最高使用温度可达 1400℃，高温下不分解，无有害 气体放出，属于绿色环保型材料
气凝胶的热学特性及其应用
Ⅰ.气凝胶材质透明，光线可自由透射 Ⅱ.低折射率，对入射光几乎没有反射损失，太阳光透过率高达87% Ⅲ.纳米孔状材料，内部存在大量微小孔洞，孔隙率在80%~99.8%。 布满了无限多的孔壁，而这些孔壁都是辐射的反射面和折射面，极大 地阻滞了辐射的热量散失。
太阳能利用：因此气凝胶特别适合于用作太阳能集热器及其它集热装 置的保温隔热材料，当太阳光透过气凝胶进入集热器内部，内部系统 将太阳光的光能转化为热能，气凝胶又能有效阻止热量流失。
美·鱼鹰直升机·舱壁隔热和红外线
6mm气凝胶能够承受1kg烈性炸药爆炸 不变形、不损坏 且硬度、韧性可调节 与特殊材料复合可优化提升性能 军用车辆外部装甲
特性：高孔隙率、高比表面积 强力吸附剂 效果优于活性炭 防毒面具、动物房除臭等
与传统隔热材料相比， SiO2（二氧化硅）气 凝胶隔热材料可以用更轻的质量、更小的体 积达到更好的隔热效果，这一特点在航空、 航天应用领域具有极大的优势。
汽轮机 的保温
沉淀器/过滤 器的内衬的 保温
导管、 烟道的 保温
储罐的 保温
蒸馏塔的 保温
流程管道 的保温
冷流程管 道的保温
容器保温
阀门箱和 其他松散 填充材料 的保温
管道设备保温的实物图
相同保温效果，与传统材料的对比
石油石化行业 稠油开采环节：饱和蒸汽、过热蒸汽、热水
卡拉玛依油田、辽河油田、河南油田
• 热传导：由于近于无穷多纳米孔的存在，热流在固体
中传递时就只能沿着气孔壁传递，近于无穷多的气孔壁构 成了近于“无穷长路径”效应，使得固体热传导的能力下 降到接近最低极限
气凝胶在太空任务的应用
美“火星探路者”探测器 （保护机器人电子仪器设备）
“火星漫步者”，抵挡入夜-100℃超低温
俄罗斯“和平号”空间
气凝胶保温绝热原理
• 对流：当气凝胶材料中的气孔直径小于70nm时，气孔
内的空气分子就失去了自由流动的能力，相对地附着在气 孔壁上，这时材料处于近似真空状态。
• 辐射：由于材料内的气孔均为纳米级气孔再加材料本身
极低的体积密度，使材料内部气孔壁数日趋于“无穷多”， 对于每一个气孔壁来说都具有遮热板的作用，因而产生近 于“无穷多遮热板”的效应，从而使辐射传热下降到近乎 最低极限
家电的利用： 用块状、颗粒状或粉末状的气凝胶取代氟里昂发制的 聚氨酯泡沫作为冰箱等低温系统的隔热材料，可以防止氟里昂气体泄 漏破坏大气臭氧层，从而保护人类的生存环境。
美总统奥巴马视察 拉斯韦加斯的内利斯空军基 太阳能电池板
新型太阳能热水器 集热效率提高1倍 热损失下降到现有水平的30%以下
英·美洲豹战斗机·机舱隔热层
应用在暖气管道上的效果图
一层6mm厚的气凝胶复合材料 可使热水管的温度从86度降到30度
包裹在汽车的发动机上
应用在高速列车上
包裹在储油罐上
铺在地板上
房屋隔热效果对比
冷藏集装箱、保温集装箱
罐式集装箱
特殊集装箱
救 生 舱 隔 热 层 内 部 结 构 示 意 图
气凝胶进军时尚界
Hugo boss
气凝胶简介
源自太空任务的高科技材料
——掀起绝热保冷新革命
气凝胶的发展历程
1931年，美国斯坦福大学Kistler通过水解水 玻璃首次制备得到气凝胶。
1985年，德国维尔兹堡大学物理所组织召开首届 “气凝胶国际研讨会”简称ISA。
1993年，气凝胶被应用到宇航服、 太空飞船、航天飞机等。
2006召开了第八界ISA会议，气凝胶 的制备及其表征有了较大的进步。