➢ 世界最轻的固体，正式入选吉尼斯世界纪录。 ➢ 密度为3.55Kg/m3，仅为空气密度的2.75倍。 ➢ 这种气凝胶呈半透明淡蓝色，重量极轻，因此
人们也把它称为“固态烟”。
什么是气凝胶？
SiO2气凝胶SEM图
SiO2气凝胶微观图
什么是气凝胶？
➢气凝胶分类：按其组分，可分为单组分气凝胶，如SiO2 ，Al2O3，TiO2，炭气凝胶（有机气凝胶炭化后得到）等 ；多组分气凝胶，如SiO2/Al2O3，SiO2/TiO2等。最典型 的研究最多的气凝胶是单组份的SiO2气凝胶和炭气凝胶（ 有机气凝胶）。
★热学领域
声学领域 光学领域 过滤与催化领域 吸附领域 捕获高速粒子 电学领域 分形特性
热学领域
➢ （1）低固态热传导：
纤细的纳米网络结构和极低的表观密度产生“长路径效应”；
➢ （2）低气体分子热传导和对流热传导：
孔洞尺寸比常压下气体分子的平均自由程（60~70nm）小 ；
➢ （3）低辐射热传导：
但受当时科研手段的限制，这种材料的研制并没有引起科学界的重视。 ➢上世纪七十年代：在法国政府的支持下， Stanislaus Teichner (Universite Claud Bernard, Lyon) 在寻找一种用于存储氧和火箭 燃料的多孔材料的过程中，找到一种新的合成方法，即把溶胶 - 凝胶化学方法用于二氧化硅气凝胶的制备中。这种方法推动 了气凝胶科学的发展。他用 TMOS (tetramethyorthosilicate) 取代了 Kistler 用硅酸钠制备二氧化硅气凝胶的方法，即首先在甲 醇中水解 TMOS 获得醇凝胶。这排除了 Kistler 制备中的水到乙醇的交换过程以及凝胶中无机盐存在的两个缺点。
此后，气凝胶科学和技术得到了快速发展。 ➢1983 年： Arlon Hunt 在 Berkeley 实验室发现可用更安全、更便宜的 TEOS (tetraethylorthosilicate) 取代有毒的 TMOS 制备二 氧化硅气凝胶。与此同时，微结构材料研究小组 (The Microstructured Materials Group) 发现可用具有更低临界温度和临界压力 的二氧化碳超临界流体取代乙醇作为超临界干燥的流体。
➢气凝胶（aerogel）：当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，即分散介质为气体的凝胶材料称为气凝胶，是由胶体粒子或高聚物分子 相互聚结构成的一种具有网络结构的纳米多孔性固体材料,其固体相和孔隙结 构均为纳米量级。
什么是气凝胶？
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建筑节能领域
因外墙保温材料引发的火灾事故现场
南京中环广场
上海教师公寓
济南奥体中心
央视新址
地板保温应用
外墙保温应用
气凝胶外墙安装示意图
房屋隔热效果对比
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太阳能收集板上的应用
具有高度透光率及低热导率的气凝胶对入射光几乎没有反 射损失，能有效的透过太阳光，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。
工业领域应用
在石化行业、化工行业和冶金行业中，管道、 炉窑及其它热工设备普遍存在，用SiO2气凝胶及 其复合材料替代传统的保温材料对它们进行保温 ，可以大大减少热能损失，提高热能利用率, 还可 以用作液态天然气罐和储油罐等, 以及汽车，轮船 ，飞机等发动机，排气管的隔热。
石化行业应用
石油管道截面积比较
第二部分
气凝胶的性能与应用
气凝胶材料性能
SiO2气凝胶：一种具有独特的纳米多孔网络结构的轻质材料
可见，极低的折射率、热导率、介电常数、高比表面积、对气体的选 择透过等，它的力学、声学、热学、光学、电学性质都明显地不同于普通 固态材料，是一种具有许多奇异性质和广泛应用的轻质纳米多孔性材料。
气凝胶产品可应用领域
气凝胶的起源
➢1931 年： 美国科学家Steven.S.Kistler(the College of the Pacific in Stockton, California) 最初以硅酸钠为原料，利用超临界流 体干燥技术制成了最初的真正意义上的气凝胶。 Kistler 制成的气凝胶与今天的二氧化硅气凝胶非常相似。Kistler 又制备了氧 化铝、氧化钨、三氧化二铁、氧化锡、纤维素、硝酸纤维素、白明胶、琼脂、蛋白、橡胶等各类气凝胶。
❖ 2000年，一位英国登山者安妮·帕曼特尔 穿上带气凝胶鞋垫的靴子爬上珠穆朗玛峰 ，就连睡袋也加有这种材料。她说：“我 唯一的问题就是我的脚太热，这对一名登 山者来说是一个大难题。”
❖ Hugo Boss公司推出了一系列用这种材 料制成的冬季夹克，但在消费者纷纷抱怨 这种衣服太热之后不得不下架。
声学领域
❖ 美国NASA在“火星流浪者”的设计中,也 用过硅质气凝胶材料作为保温层,用来抵 挡火星夜晚-100℃以下的超低温
航空航天领域应用
❖ 派宇航员登陆火星预定于2018 年进行
❖ 气凝胶正用来为人类首次登陆 火星时所穿的太空服研制一种 保温隔热衬里
❖ Aspen Aerogel公司的一位资深 科学家马克·克拉耶夫斯基认为 ，一层18毫米的气凝胶将足以 保护宇航员抵御零下130度的低 温。他说：“它是我们所见过的 最棒的绝热材料。”
气凝胶的热辐射传导主要为发生在3-5um 区域内的红外热辐射， 其在常温下能够有效的阻挡红外热辐射。
热学领域
气凝胶产品属于高效防火隔热材料，主要功能是节能、保温、防火，可 应用于以下领域： ➢ 建筑节能领域：外墙保温专用气凝胶板材、气凝胶玻璃、钢结构防火。 ➢ 工业及民用领域：替代传统的保温材料对管道、炉窑及其他热工设备、 热水器、冷藏设备等进行保温，隔热效果更好。 ➢ 特殊应用领域：用于海军核潜艇，、飞机、大型海洋舰艇、船舶、客车 的保温。在航天工业和军工导弹等方面都有广阔的应用前景。
➢ 由于硅气凝胶的低声速特性，它还是一种理想的声学延迟或高温隔音 材料。该材料的声阻抗可变范围较大(103~107 kg／m2·s)，是一种较 理想的超声探测器的声阻耦合材料
➢ 水声反声材料是指声波由水中入射到材料层上能无损耗地全部反射出 去的材料。在潜艇上构成声纳设备声学系统的材料中，水声反声材料 是非常重要的，它可以使声纳单方向工作，消除非探测方向来的假目 标信号的干扰，同时隔离装备体自身噪声，提高声纳的信噪比和增益 。特性阻抗与水的特性阻抗严重失配的材料可用作水声反声材料。常 压下空气的密度和声速都远远小于水的密度和声速，空气的特性阻抗 将比水小得多，与水阻抗失配严重，因此含有大量空气的材料可作为 常压水中的反声材料。气凝胶高孔隙率且超轻质的特点使其成为最佳 的水声反声材料，既具有良好的水声反声效果，又不增加潜艇的重量 。
光学领域
➢纯净的SiO2气凝胶是透明无色的，它的折射率（1.006～1.06）非常接 近于空气的折射率，这意味着SiO2气凝胶对入射光几乎没有反射损失， 能有效地透过太阳光。 ➢SiO2气凝胶可以被用来制作绝热降噪玻璃。利用不同密度的SiO2气凝胶 膜对不同波长的光制备光耦合材料，可以得到高级的光增透膜。 ➢SiO2气凝胶的折射率和密度满足n-1≈2.1×10-4r/(kg/m3)，当通过控制制 备条件获得不同密度的SiO2气凝胶时，它的折射率可在1.008-1.4 范围内 变化，因此SiO2气凝胶可作为切仑科夫探测器中的介质材料，用来探测 高能粒子的质量和能量。
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日常生活应用
❖ 运动器材公司邓禄普(Dunlop)已经研制 出一系列用气凝胶加固的壁球和网球球拍 ，据说这种球拍能释放更大的力量
❖ 2001年，英国诺丁汉66岁的鲍勃·斯托 克尔拥有了一套用气凝胶隔热的房子，他 也因此成为拥有这种房子的第一位英国人 。他说：“保温效果大大改善了。我把自 动调温器调低了5度。这真是一个不可思 议的变化。”
气凝胶隔热保温 复合材料
提纲
一、气凝胶概念与起源 二、气凝胶性能与应用 三、气凝胶产品介绍
第一部分
气凝胶概念与起源
什么是气凝胶？
➢凝胶（gel）：溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相
连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了作为分散介质的液体，这样一 种特殊的分散体系称作凝胶。凝胶没有流动性，内部常含有大量液体。例如 血凝胶、琼脂的含水量都可达99%以上。由溶液或溶胶形成凝胶的过程称为 胶凝作用（gelation）。
过滤与催化领域
➢超微粒子特定的表面结构有利于活性组分的分散,从而可以对许多催化 过程产生显著的影响。气凝胶是一种由纳米粒子组成的固体材料，这种 材料具有小粒径、高比表面积和低密度等特点，这些特点使气凝胶催化 剂的活性和选择性均远远高于常规催化剂，而且活性组分可以非常均匀 地分散于载体中，同时它还具有优良的热稳定性，可以有效的减少副反 应发生。因此气凝胶作为催化剂，其活性、选择性和寿命都可以得到大 幅度地提高，具有非常良好的催化特性。
石化行业保温应用
安装示意图
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暖气管道保温应用
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地下管道保温应用
汽车发动机保温应用
轮船发动机和排气管保温应用
高速列车保温应用
储油罐保温应用
胶可以用作太阳能集热器及其 它集热装置的保温隔热材料，大大提高其实 用性。用热导率极低的掺杂SiO2气凝胶取代 聚氨酯泡沫作为冰箱的隔热材料. 还可以用 作楼房建筑的保温，隔音等。
化工工业
热学领域
建筑工业
石油工业
运输工业
原油泄漏
航空航天
国防
其他民用领域
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超音速巡航导弹、 滑翔式战略机动导弹 以及新型战术导弹等
航空航天领域应用
中、高超音速 长时间飞行导弹
4马赫飞行 达650℃
高速飞行产 生大量热量