快速制备高掺杂CuOSiO2复合气凝胶
快速制备高掺杂CuO/SiO 2复合气凝胶
许维维
杜
艾*
唐
俊
陈
珂
邹丽萍
张志华
沈军
周斌*
(同济大学物理科学与工程学院,上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室,上海200092)
摘要:
通过环氧丙烷预反应法,以乙腈为溶剂快速制备了高掺杂的氧化铜/二氧化硅复合气凝胶.在典型的合
成过程中,将正硅酸甲酯(TMOS)、乙腈、去离子水和环氧丙烷混合进行预反应,然后将该溶液与氯化铜的乙腈-水溶液混合并添加环氧丙烷,在35°C 烘箱中静置0.5h 后转化为湿凝胶,再经过CO 2超临界流体干燥和热处理即可获得黑色块状CuO/SiO 2复合气凝胶.最终气凝胶样品密度约为180mg ·cm -3,比表面积高达625m 2·g -1,平均掺杂比为19.91%±2.42%(Cu:Si 摩尔比),压缩模量为1.639MPa,具有成型性好、分散均匀等优点,是良好的背光源靶材料.本论文还通过对比实验对凝胶化过程的机理进行分析,结果表明,通过改变溶剂和采用环氧丙烷预催化均衡了两种不同前驱体的反应速率,实现了共凝胶的目的.此外,该方法还有望为其它金属氧化物/二氧化硅复合气凝胶的制备提供新思路.关键词:
预反应;高掺杂;氧化铜;复合气凝胶;环氧丙烷;共凝胶
中图分类号:
O648
Rapid Preparation of Highly Doped CuO/SiO 2Composite Aerogels
XU Wei-Wei DU Ai *TANG Jun CHEN Ke ZOU Li-Ping
ZHANG Zhi-Hua SHEN Jun ZHOU Bin *
(Shanghai Key Laboratory of Special Artificial Microstructure Materials and Technology,School of Physical Science and Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,P .R.China )Abstract:Highly doped CuO/SiO 2composite aerogels were prepared via a propylene oxide pre-reaction method with acetonitrile as solvent.In a typical synthesis process,tetramethoxysilane (TMOS),acetonitrile,deionized water,and propylene oxide were mixed together for pre-reaction.The solutions were then mixed with a CuCl 2acetonitrile-water solution,with added propylene oxide.The mixed solutions were transformed to the wet gels after being kept in the oven for 0.5h at 35°C.The dark monolithic CuO/SiO 2composite aerogels were obtained after drying with supercritical CO 2and following thermal treatment.The density,specific surface area,average doping concentration,and compression modulus of the final aerogel samples were about 180mg ·cm -3,625m 2·g -1,19.91%±2.42%(Cu:Si molar ratio),and 1.639MPa,respectively.The aerogels,which were ideal materials for backlight targets,featured good formability and uniform dispersion.The gelation mechanism was also discussed by comparing our typical synthetic process with reference experiments.The results demonstrated that the reaction rates of the two precursors were balanced by changing the solvent and using the propylene oxide pre-reaction method,which realized the co-gelation.In addition,the method may inspire new synthetic ideas for preparation of other metal-oxide/silica composite aerogels.
[Article]
doi:10.3866/PKU.WHXB201209282
https://www.wendangku.net/doc/575505496.html,
物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )
Acta Phys.-Chim.Sin .2012,28(12),2958-2964
December
Received:July 23,2012;Revised:September 12,2012;Published on Web:September 28,2012.?
Corresponding authors.ZHOU Bin,Email:zhoubin863@https://www.wendangku.net/doc/575505496.html,;Tel:+86-21-65982762.DU Ai,Email:duai@https://www.wendangku.net/doc/575505496.html,.
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (51102184,51172163),National High Technology Research and Development Program of China (863),National Key Technology Research and Development Program of China (2009BAC62B02),Program for Young Excellent Talents in Tongji University,China (2010KJ068),and Doctoral Fund of Ministry of Education of China (20090072110047,20100072110054).
国家自然科学基金(51102184,51172163),国家高技术研究发展计划(863),国家科技支撑计划(2009BAC62B02),同济大学青年优秀人才培养行动计划(2010KJ068)和教育部博士点基金(20090072110047,20100072110054)资助项目
?Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinica
2958
许维维等:快速制备高掺杂CuO/SiO2复合气凝胶
No.12
Key Words:Pre-reaction;Highly doping;Copper oxide;Composite aerogel;Propylene oxide;
Co-gelation
1引言
气凝胶是一种由纳米量级的胶体粒子或高聚物分子聚集而成的纳米多孔三维网络结构材料,因其特殊的性能从而在很多领域得到广泛应用.1例如, Al2O3、Cr2O3和TiO2等金属氧化物气凝胶作为一种优良的纳米多孔功能材料,2-7已经用在高效催化、8隔热保温、9以及惯性约束聚变(ICF)靶材料等领域.10,11然而,还有很多种类的单元金属氧化物气凝胶制备技术尚不成熟,存在稳定性和成型性差、密度高、分散度低等缺点,难以得到实际应用.而氧化硅气凝胶作为一种理想的纳米载体,具有密度在一定范围内可调、稳定性高、成型性好、比表面积高、力学性能良好等优点,是理想的吸附载体和保温隔热材料.12-14结合以上两类气凝胶的特点,近年来,以互支撑或自支撑三维网络为骨架结构的金属氧化物/二氧化硅复合气凝胶已经通过各种复合方法获得.这种兼具两种气凝胶优点的低密度二元复合气凝胶在很多领域都有应用,如在惯性约束聚变中可作为靶丸材料、黑腔靶腔壁以及填充传输层材料、高效诊断光源等.15-18在硬X射线转换实验中,低密度二元气凝胶可以提高X射线的转换效率.另外,复合气凝胶也可用于高效催化剂.
目前,CuO/SiO2复合气凝胶的常用制备方法主要有离子掺杂法、浸渍法、酸碱两步法.19-23然而,通过上述方法所获得复合气凝胶的掺杂铜元素一般是以离子的形式嵌在二氧化硅基底中,没有胶凝化,导致其复合气凝胶掺杂浓度范围相对较窄、均匀性差(金属离子在凝胶和老化过程中容易流失)、以及成型性差等缺点.劳伦斯·利弗莫尔国家实验室24曾报导以乙醇为溶剂,采用共凝胶方法来制备以金属为主要骨架的金属氧化物/二氧化硅复合气凝胶的方法.这种方法所得的气凝胶掺杂均匀,掺杂比例精确可控,但凝胶成型性较差.而本文在上述工艺的基础上尝试以乙腈为溶剂,采用环氧丙烷预反应法这种简单工艺来快速制备高掺杂CuO/ SiO2复合气凝胶,并进一步研究了整个凝胶化过程的机理.通过改变溶剂以及采用环氧丙烷预反应,25,26均衡了两种不同前驱体的反应速率,达到了共凝胶的目的.此方法与传统凝胶复合工艺相比具有掺杂量高、分散均匀、杂质离子参与凝胶、成型性好等优点,是理想的背光源靶材料.另外,该工艺还有望为其它二元复合凝胶的制备提供新思路.
2实验部分
2.1实验试剂
正硅酸甲酯(methoxy silane,TMOS),二水合氯化铜(copper chloride,CuCl2·2H2O),乙腈(acetoni-trile,CH3CN),环氧丙烷(propylene oxide,PO),以上试剂均为分析纯(纯度均≥99%,购于国药),以及去离子水(H2O).
2.220%掺杂量的氧化铜/二氧化硅复合气凝胶的
制备
本实验中掺杂量均为铜与硅元素的摩尔比,将10mL正硅酸甲酯(98%(w))溶于10mL的乙腈中,并加入0.18mL去离子水和3mL环氧丙烷,在25°C下均匀搅拌15min,作为溶液A.同时,将2.267g的二水合氯化铜(CuCl2·2H2O)溶于20mL乙腈中,并加入1.912mL去离子水(其中H2O与Cu2+摩尔比≥6),在25°C下均匀搅拌10min,作为溶液B.将溶液A 加到溶液B中混合均匀,并缓慢加入4mL PO搅拌20min,然后混合溶液放入35°C烘箱中静置,0.5h 后形成共凝胶,凝胶为暗褐色且相对较硬.将湿凝胶放在常温下老化48h,凝胶慢慢变成深蓝色,并有少量反应残留液体析出,初步分析是由于凝胶孔洞在老化过程中发生相对收缩引起的.然后用无水乙醇浸泡样品约一周,其中至少换乙醇4次,将凝胶内部的水和反应残留化学试剂替换出来,然后将样品进行二氧化碳超临界流体干燥(CO2超临界点31.8°C, 7.3MPa),干燥后的样品为深蓝色块状铜基/二氧化硅复合气凝胶,最后将样品放入马弗炉中,以1°C·min-1的速率升到500°C,保持4h,最终得到黑色块体的氧化铜/二氧化硅复合气凝胶(AG-1).
2.3参比样品的制备
为了进一步研究在整个溶胶-凝胶过程中,溶剂和环氧丙烷对反应过程的影响.在本实验的基础上,做了两个对比性的实验,其中实验试剂的用量以及反应条件均不变,在样品(AG-2)的制备过程中,以乙醇为溶剂,将TMOS溶于乙醇-水溶液中搅拌,作为溶液A.二水合氯化铜(CuCl2·2H2O)溶于乙醇-水溶液中搅拌,作为溶液B.将溶液A加到溶液B
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Acta Phys.-Chim.Sin.2012Vol.28
中,等混合均匀后缓慢加入7mL的PO进行搅拌, 20min后将混合溶液放入35°C烘箱中静置,12h后变为深蓝色凝胶.样品(AG-3)是在样品AG-1制备的基础上,将乙腈换成乙醇,4.5h后凝胶.两种参比样品用与AG-1同样的方法进行老化、溶剂替换、二氧化碳超临界干燥以及热处理,即得到复合气凝胶AG-2和AG-3.
2.4样品的表征
本论文中对三种方法最终所获得的复合气凝胶进行了表征,通过称重法测得样品的密度,采用日本JEOL公司JEM-2011型透射电子显微镜(TEM)和荷兰Philips公司Philips-XL30型扫描电子显微镜(SEM)以及所配备的X射线能谱(EDX)仪分别用来分析样品内部多级结构和元素分布.采Rigaku D/ max2550VB3+/PC型X射线衍射(XRD)仪对样品的结晶度和结晶成分分析,美国的Perkin Elmer公司动态热机械分析仪(dynamic thermomechanical analysis apparatus,DMA)来分析最终样品的应力-应变过程,从而研究气凝胶的力学性能.采用美国Quantachrome公司的Autosorb-1MaP型全自动物理吸附比表面仪分析液氮温度下(77K)样品的氮气吸附-脱附等温线,并根据BET(Brunauer-Emmett-Teller)和BJH(Barrett-Joyner-Halenda)方法分析计算样品的比表面积、总孔体积和孔径分布.
3结果和讨论
3.1不同制备方法对气凝胶的密度和凝胶时间的
影响
对不同的方法制得气凝胶的颜色和时间进行了对比,如表1所示,三种方法最终的凝胶时间有着很大的差别,在环氧丙烷预反应法中,同种反应过程以乙醇为溶剂的凝胶时间是乙腈为溶剂凝胶时间的9倍,这主要与溶剂的极性以及对离子配位作用的差异有关.乙腈溶剂的极性大于乙醇,且以乙腈为溶剂可能改变了Si的配位环境,加速了TMOS 的反应.
对样品AG-2、AG-3比较可知,在溶液A中,通过加入PO进行预反应加速了TMOS的水解.主要反应式如下
:
环氧丙烷本身发生了开环加成反应,是一种不可逆的质子捕获剂,24它对TMOS水解过程中生成的氢离子的结合能力大于甲氧基,导致TMOS水解后生成的H+离子迅速被PO捕获,并且反应产物有一个羟基化的三元碳氧化环,不稳定易于发生开环反应并与溶液中甲氧基结合成为稳定的羟基化合物,从而使得TMOS水解平衡向右移动.另一方面,混合溶液加入PO后,水合铜离子([Cu(H2O)6]2+)水解过程中生成的氢离子迅速被PO捕获,发生开环反应与溶液中的Cl-离子结合成为稳定的羟基化合物,使得铜离子的水解平衡向生成水合氢氧化铜的方向移动,PO作为凝胶促进剂主要反应如下
:
经过PO预反应的溶液A在与溶液B混合后能够很快形成硅的凝胶骨架.而多聚硅酸网络的作用与聚丙烯酸(PAA)相仿,具有分散能力,提供了空间位阻,反应较快的铜凝胶颗粒能够更加均匀的分布.6
3.2样品的微观结构
通过透射电镜(TEM)对最终样品AG-1和AG-3的微观初级结构(图1)分析表明,CuO/SiO2复合气凝胶主要是由规则球形或者近球形团簇颗粒组成的互支撑骨架结构,电子衍射不能形成光斑或光环,呈无定形状态.样品AG-1两种不同凝胶颗粒分布相对较均匀,且相对比较致密,凝胶粒子的直径在1-10nm范围内均有分布,为典型的气凝胶结构.而样品AG-3中铜的凝胶颗粒团聚较为明显,这主要是由于以乙醇为溶剂时水合铜离子水解缩聚速率比TMOS快,从而造成了铜凝胶颗粒的局部团聚. 3.3样品微观形貌及其能谱分析
通过不同制备方法得到的样品照片如图2所示,经过500°C处理后,样品AG-1为均匀的轻质黑色块体,其线性收缩率约为15%,密度为180mg·cm-3,而样品AG-2为硬块状蓝黑色固体,收缩约为50%.由肉眼观察发现凝胶分布相对不均匀,图中可
Sample AG-1 AG-2 AG-3
Solvent
acetonitrile
ethanol
ethanol
Method
PO pre-reaction
PO one-step
PO pre-reaction
t gel/h
0.5
12
4.5
Color wet gel
darkish brown
blue
dark blue
ρ/(mg·cm-3)
180
940
500
PO:propylene oxide
表1不同方法所制备样品的凝胶时间和密度
Table1Gelation time and density of samples via
different methods
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许维维等:快速制备高掺杂CuO/SiO 2复合气凝胶
No.12
以说明在一开始的凝胶过程中由于形成配位体的水合铜离子([Cu(H 2O)6]2+)22水解缩聚速率比TMOS 快,从而导致局部铜基凝胶颗粒发生团聚,并且样品AG-2在整个老化和超临界干燥过程中体积收缩相对较大,这说明不同的凝胶骨架生长速率差异较大,造成了凝胶结构的不均匀.
从样品的SEM 图片(图3)可知,三种样品的微观形貌有着明显差别,其中PO 预反应法不同溶剂所获得的样品(如图3(a,b)所示)均为一种典型的气凝胶形貌,整个样品是由纳米级球形颗粒均匀堆积成三维网络结构,其直径大部分分布在50-100nm 范围内,形成数个颗粒堆积的小团簇结构,其中,样品AG-1的多孔形貌相对AG-3较为明显.而样品AG-2显示出另外一种形貌,整个样品由相对致密的胶体颗粒堆积而成,但球形或近球形的凝胶颗粒形貌尚在.这主要由于铜凝胶颗粒在硅凝胶基底中分散不均,导致样品在老化和干燥过程中凝胶网络中孔结构受力不均而发生塌陷,整个样品发生严重收缩,27最终导致不同样品的密度有着很大的差异.
为了进一步研究最终样品中元素的分布情况,
图1PO 预反应法不同溶剂所制得样品AG-1和AG-3的TEM 图
Fig.1TEM images of samples AG-1and AG-3with different solvents via PO pre-reaction method
(a)AG-1with acetonitrile as solvent,(b)AG-3with ethanol as
solvent
图3不同方法所制得样品的SEM 图片
Fig.3SEM images of samples via different methods
(a)AG-1with acetonitrile as solvent via PO pre-reaction method,(b)AG-3with ethanol as solvent via PO pre-reaction method,
(c)AG-2with ethanol as solvent via PO one-step method
图2(a)乙腈为溶剂PO 预反应法所制得样品AG-1及(b)乙醇为溶剂PO 一步法所得样品AG-2的图片
Fig.2
Photographs of (a)sample AG-1with ethanol as solvent via PO pre-reaction method and (b)sample AG-2with
acetonitrile as solvent via PO one-step
method
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Acta Phys.-Chim.Sin.2012Vol.28
将样品AG-1在扫描电镜下对不同点做能量散射X
射线谱(EDS)元素分析谱(如图4所示,其中一个测
试点处EDS谱),通过对不同点EDS能谱中原子数
比例统计可知,最终样品的平均掺杂比为19.91%±
2.42%,与理论值的偏差仅为0.45%,这说明复合气
凝胶中氧化铜能相对均匀地分布在二氧化硅基底
中,该方法基本解决了高掺杂复合凝胶掺杂量精确
控制问题.
3.4样品的XRD分析
经XRD分析,两种不同方法制得的复合凝胶经
500°C处理后的样品除了呈现出一些典型的弥散衍
射峰外,还包含一些尖锐的衍射峰.如图5所示,样
品AG-1及AG-2在低衍射角处都有一个较宽的峰,这是无定形二氧化硅的典型图样.而样品AG-2在2θ>30°时基本不存在尖锐的衍射峰,说明该方法不能获得结晶度较高的氧化铜/二氧化硅复合气凝胶.而对于样品AG-1在2θ为35.5°和38.0°处出现两个尖锐的衍射峰,分别对应着单斜晶CuO(标准卡片PDF-892531)的(002)、(111)晶面,结晶度相对较高.据文献6报导没有热处理前铜主要以碱式氯化铜的形式存在,500°C热处理时,碱式氯化铜发生了热分解并在高温下逐步晶化,分子排列趋向于有序结构,其成分为单斜晶氧化铜.
3.5样品的DMA性能测试
气凝胶的力学性能是决定其能否在一些重要领域得到应用的关键,例如,在激光X射线转换实验中,气凝胶作为靶材料对其力学性能有着很高的要求.由于样品AG-2、AG-3力学性能相对较差,本论文最终对样品AG-1的力学性能进行了分析,通过切割、打磨等工艺将样品AG-1制成高度为5mm,底面半径为3.5mm的小圆柱.采用DMA8000型动态热机械分析仪(DMA,应力-应变模式)对气凝胶样品的弹性模量进行测量.如图6所示,图中横坐标为应变,纵坐标为应力,曲线的斜率即为模量.样品的整个应力应变过程分为三个阶段,A点之前的部分主要为弹性形变区域,其弹性模量通过斜率分析可得为1.639MPa,A到B点之间主要为塑性形变区,B点之后是一条类似抛物线的曲线,这一段样品的内部结构逐渐破坏.该方法制得的样品具有良好的成型性和力学性能,有望用于高效激光X光转换实验和冲击波低密度泡沫材料的超声传输特性的研究中.
3.6样品的比表面积和孔径分布
通过氮气吸附-脱附比表面积分析仪来对样品AG-1的比表面积、孔径分布以及孔体积进行分析.如图7所示样品等温吸附-脱附等温线可知,由于吸附时在中孔和大孔内产生毛细凝聚现象,从而使得脱附过程中出现滞后环.样品AG-1具有典型的IV
图4乙腈为溶剂PO预反应法所制得样品AG-1的
EDS能谱
Fig.4EDS spectrum of sample AG-1with acetonitrile as solvent via PO pre-reaction method
EDS:energy-dispersive X-ray spectroscopy
图5样品AG-1和AG-2的XRD图
Fig.5XRD patterns of samples AG-1and AG-2
图6乙腈为溶剂PO预反应法所制得样品AG-1的
应力-应变图
Fig.6Stress-strain curve of sample AG-1with acetonitrile as solvent via PO pre-reaction
method 2962
许维维等:快速制备高掺杂CuO/SiO 2复合气凝胶
No.12
类等温线,为典型的介孔结构特征.等温线还显示了接近H1型的回滞环,28说明孔径分布范围相对较集中.最终样品的总孔体积为2.063cm 3·g -1,平均孔径为13.2nm,孔径分布范围主要在20-30nm 范围内,还存在少量小于5nm 的孔,说明样品具有典型的介孔材料的特征.通过BET 对样品的比表面积分析可知,最终样品的比表面积达到625m 2·g -1,有望用于高效催化剂.
4结论
本研究以正硅酸甲酯和二水合氯化铜为前驱体,乙腈为有机溶剂,通过环氧丙烷预反应法,并结合CO 2超临界流体干燥和热处理工艺,得到含有氧化铜单斜晶的块状CuO/SiO 2复合气凝胶.该工艺利用不同溶剂的极性和配位作用的差异对前驱体溶解和凝胶速率的影响,并通过PO 预反应法来均衡两种不同前驱体的凝胶速率,从而达到快速、均匀共凝胶的目的.其凝胶时间为0.5h,仅为传统方法凝胶时间的4%左右.这种方法所获得的氧化铜/二氧化硅复合气凝胶通过多种表征可知,最终得到的气凝胶样品的密度约为180mg ·cm -3,其比表面积高达到625m 2·g -1,平均掺杂比为19.91%±2.42%(Cu:Si 摩尔比),压缩模量为1.639MPa,具有成型性好,力学性能优良等特点.并且这种制备方法有望解决其它高掺杂金属氧化物/二氧化硅复合气凝胶的制备问题.
References
(1)Chen,L.W.;Gan,L.H.Chemistry 1997,8,21.[陈龙武,甘礼
华.化学通报,1997,8,21.]
(2)
Zu,G.Q.;Shen,J.;Wei,X.Q.;Ni,X.Y .;Zhang,Z.H.;Wang,
J.C.;Liu,G.W.J.Non-Cryst.Solids 2011,357,2903.doi:10.1016/j.jnoncrysol.2011.03.031(3)
Xu,Z.J.;Gan,L.H.;Pang,Y .C.;Chen,L.W.Acta Phys.-Chim.Sin.2005,21,221.[徐子颉,甘礼华,庞颖聪,
陈龙武.物理化学学报,2005,21,221.]doi:10.3866/PKU.
WHXB20050204(4)
Du,A.;Zhou,B.;Zhong,Y .H.;Zhu,X.R.;Gao,G.H.;Wu,G.M.;Zhang,Z.H.;Shen,J.J.Sol-Gel Sci.Technol.2011,58,225.doi:10.1007/s10971-010-2381-8(5)Zhao,Z.Q.;Jiao,X.L.;Chen,D.R.J.Mater.Chem.2009,19,3078.doi:10.1039/b819849g
(6)
Du,A.;Zhou,B.;Shen,J.;Gui,J.Y .;Liu,C.Z.;Fan,G.L.;Zhang,Z.H.Energy Sci.Technol.2010,44,1006.[杜
艾,
周斌,沈
军,归佳寅,刘春泽,范广乐,张志华.原子能科学
技术,2010,44,1006.]
(7)
Du,A.;Zhou,B.;Shen,J.;Gui,J.Y .;Zhong,Y .H.;Liu,C.Z.;Zhang,Z.H.;Wu,G.M.New J.Chem.2011,35,1096.doi:10.1039/c0nj00909a (8)
Rotter,H.;Landau,M.V .;Carrera,M.;Goldfarb,D.;Herskowitz,M.Appl.Catal.B 2004,47,111.doi:10.1016/j.apcatb.2003.08.006
(9)Wittwer,V .J.Non-Cryst.Solids 1992,145,233.doi:10.1016/
S0022-3093(05)80462-4(10)
Zhou,B.;Shen,J.;Wu,G.M.;Sun,Q.;Huang,Y .D.;Wang,J.Atmoic Energy Sci.Technol.2004,38,125.[周
斌,沈
军,
吴广明,孙骐,黄耀东,王
钰.原子能科学技术,2004,38,
125.](11)
Du,A.;Zhou,B.;Wu,Y .H.;Xiao,S.F.;Liu,C.Z.;Shen,J.;Ni,X.Y .Atomic Energy Sci.Technol.2008,42,794.[杜
艾,
周斌,吴越华,肖淑芳,刘春泽,沈军,倪星元.原子能科学
技术,2008,42,794.]
(12)
Chen,L.W.;Gan,L.H.;Hou,X.H.Acta Phys.-Chim.Sin.2003,19,819.
[陈龙武,甘礼华,侯秀红.物理化学学报,
2003,19,819.]doi:10.3866/PKU.WHXB20030908(13)
Gui,J.Y .;Zhou,B.;Zhong,Y .H.;Du,A.;Shen,J.J.Sol-Gel Sci.Technol.2011,58,470.doi:10.1007/s10971-011-2415-x
图7乙腈为溶剂PO 预反应法所制得样品AG-1的吸附-脱附等温线(a)和孔径分布(b)
Fig.7Adsorption-desorption isotherms (a)and pore size distribution (b)of sample AG-1with acetonitrile as
solvent via PO pre-reaction
method
2963
Acta Phys.-Chim.Sin.2012Vol.28
(14)Tillotson,T.M.;Hrubesh.L.W.J.Non-Cryst.Solids1992,145,
44.doi:10.1016/S0022-3093(05)80427-2
(15)Abecassis-Wolfovich,M.;Rotter,H.;Landau,V.;Korin,E.;
Erenburg,A.L.;Mogilyansky,D.;Garshtein,E.Stud.Surf.Sci.
Catal.2003,146,247.doi:10.1016/S0167-2991(03)80373-7 (16)Gash,A.E.;Tillotson,T.M.;Satcher,J.H.,Jr.;Hrubesh,L.W.;
Simpson,R.L.J.Non-Cryst.Solids2001,285,22.
(17)Skapin,T.;Kemnitz,E.J.Non-Cryst.Solids1998,225,163.
doi:10.1016/S0022-3093(98)00037-4
(18)Du,A.;Zhou,B.;Li,L.X.;Zhu,X.R.;Li,Y.N.;Shen,J.;Gao,
G.H.;Zhang,Z.H.;Wu,G.M.Atomic Energy Sci.Technol.
2012,46,842.[杜艾,周斌,李龙翔,朱秀榕,李宇农,
沈军,高国华,张志华,吴广明.原子能科学技术,2012,46,
842.]
(19)Mohanan,J.L.;Brock,S.L.Chem.Mater.2003,15,2567.doi:
10.1021/cm021741x
(20)Oh,Y.J.;Nam,B.A.Solid State Sci.2011,13,1579.doi:
10.1016/j.solidstatesciences.2011.06.002
(21)Zheng,M.F.;Zhao,T.B.;Xu,W.G.;Li,F.Y.;Yang,Y.J.Sol-
Gel Sci.Technol.2006,39,151.doi:10.1007/s10971-006-
9172-2
(22)Feng,Y.Y.;Gu,M.;Du,Y.G.Acta Chim.Sin.2012,70,831.
[冯砚艳,辜敏,杜云贵,化学学报,2012,70,831.]
doi:10.6023/A1111151
(23)Gan,L.H.;Li,G.M.;Yue,T.Y.;Zhang,M.;Wu,J.W.;Chen,
L.W.Acta Phys.-Chim.Sin.1999,15,588.[甘礼华,李光明,
岳天仪,张明,吴建文,陈龙武.物理化学学报,1999,15,
588.]doi:10.3866/PKU.WHXB19990703
(24)Clapsaddle,B.J.;Sprehn,D.W.;Gash,A.E.;Satcher,J.H.,Jr.;
Simpson,R.L.J.Non-Cryst.Solids2004,350,173.doi:
10.1016/j.jnoncrysol.2004.06.025
(25)Li,G.P.;Li,N.K.;Luo,Y.J.;Gao,K.;Chen,R.J.J.Beijing
Inst.Technol.2011,31,1335.[李国平,李念珂,罗运军,
高坤,陈人杰.北京理工大学学报,2011,31,1335.]
(26)Gash,A.E.;Satcher,J.H.,Jr.;Simpson,R.L.J.Non-Cryst.
Solids2004,350,145.doi:10.1016/j.jnoncrysol.2004.06.030 (27)Rao,A.V.;Hegde,N.D.;Hirashima,H.J.Colloid Interface Sci.
2007,305,124.doi:10.1016/j.jcis.2006.09.025
(28)Sing,K.S.W.;Everett,D.H.;Haul,R.A.W.Pure Appl.Chem.
1985,57,603.doi:10.1351/pac198557040603
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国内外气凝胶产品企业简介
国内外气凝胶产品企业简介 December24,2012 By:Ephone 一、国外企业 01.阿斯彭气凝胶公司 阿斯彭气凝胶公司是美国航空航天管理局下属的一家公司，该公司一直致力于把气凝胶推向市场。 阿斯彭气凝胶公司（AspenAerogels）目前主要业务是应用气凝胶制造工业用隔热材料，这家企业已经开始销售充气气凝胶垫，这种气凝胶垫能够让现有的建筑更节能。在英国和美国部分地区，阿斯彭气凝胶公司已经安装了这种材料，包括2008年在美国罗德岛的建筑项目。 气凝胶由抽取了液态物质的凝胶制成，其中有90%以上的物质为空气。气凝胶 具有的纳米多孔结构使得热量很难穿透其中。这样一来，气凝胶是一种很好的轻质隔热材料。出于成本考虑，阿斯彭气凝胶公司过去主要将这种材料的发展重点放在高端工业应用项目上，比如隔热油与天然气管道应用，甚至火星飞船上。 不过现在，阿斯彭气凝胶公司开始提供超薄气凝胶垫，它可以替代传统的玻璃纤维，泡沫材料以及纤维隔热材料。阿斯彭气凝胶公司现在所开发设计生产的气凝胶的前期成本仍然比较高，但这种材料的成本已经降到一个民用可以承担的价格点，尤其适合用于砖石或拱形墙的建造。 早在2008年阿斯彭气凝胶公司在北美开设了第二家生产厂，未来阿斯彭气凝胶公司完全有能力，有成本优势进军传统的建筑隔热市场。 网址： 02.卡博特公司 有120年历史的美国卡博特公司，是一家专业生产特殊化工产品和特种化工材 料的全球性跨国公司，在世界五大洲23个国家有39家生产企业，其经营范围 包括炭黑、气相白炭黑、喷墨颜料、微电子材料、纳米胶、塑料色母粒以及特殊流体等。全球雇员约4200名，在美国有多个研究中心及实验工厂，其生产技术、产品品种和质量均居于世界领先水平。在美国公司年度排名中（只考虑财务状况），
气凝胶制备20150212
二氧化钛气凝胶制备 一、研发背景和研究内容 Ti02气凝胶兼具Ti02良好的光催化性能和气凝胶高比表面积、高气孔率、低密度等优良特性，拥有十分诱人的应用前景。其最为光催化剂可以解决以往粉末状催化剂分离回收困难等问题，还可以克服薄膜单位面积光催化剂担载量过少，无法大规模应用于污染物治理等障碍。通常的超临界干燥技术虽然很有效，可以制备出高比表面积、粒径分布均匀、大孔容的气凝胶，但是其也存在高温高压、设备昂贵、操作复杂、危险性高等不足。因此，以合理的成本，简便的设施，进行气凝胶的常压干燥制备有一定挑战性,但也具有很高的发展潜力和实用价值。有鉴于此,提出了本课题。本课题拟就上述问题,以钛酸丁醋为前驱体，添加螯合剂、干燥控制化学添加剂以改善孔道结构；并且因为Ti02凝胶自身骨架强度较低，很容易开裂破碎，需添加硅基表面修饰剂，提高凝胶网络有序性和强度;再使用低表面张力溶剂置换等途径实现Ti02气凝胶的溶胶-凝胶和常压干燥制备，以降低气凝胶的制备成本，简化制备工艺，提高安全性。并鉴于尚无非离子型表面活性剂用于常压制备Ti02气凝胶的报道，利用表面活性剂实施表面改性，以改善气凝胶的结构性能。同时对光催化性能进行研究，以期为Ti02气凝胶的规模化制备和处理污染物等方面做出贡献。 二、项目研究内容及技术路线 2.1 研究内容 （1）研究溶胶-凝胶法、常压干燥制备Ti02气凝胶的一般工艺,探寻最优的实验制备方案和配比，为后续实验奠定基础； （2）研究溶胶-凝胶过程中的主要影响因素，如无水乙醇、水、醋酸、甲酰胺等，并探究它们对气凝胶的作用机理,分析它们对物化性能的影响； （3）研究添加表面活性剂对常压干燥制备的Ti02气凝胶进行表面改性，分析其对气凝胶的表观密度、比表面积、表观形貌等结构性能的影响，讨论相关作用机理； （4）研究Ti02气凝胶对罗丹明B的光催化性能，分析表面改性、热处理温度、
气凝胶的高效设备制作方法及其应用与制作流程
一种气凝胶的高效制备方法及其应用，该方法前期的配液和水解均是在反应器内完成，采用烷氧基硅烷为原料，将其水解形成溶胶，后期进入气凝胶智能生产集成系统后由电脑智能控制，实现各种电信号的智能控制，进而控制传动装置的运转、控制喷胶枪的启停和喷液舱内的温湿度等条件、控制加热保温罩Ⅰ和加热保温罩Ⅱ内的温度和保温时间；通过智能化喷胶，模具连带里面的气凝胶产品一起在气凝胶智能生产集成系统内传输，实现湿凝胶的固化、老化和改性的连续化生产；干燥后获得产品，水解副产的烷氧醇回收后，循环用于制备烷氧基硅烷。本技术减少了制备凝胶过程中的转移物料，简化工艺，降低了生产成本；同时，也减少了挥发性物料的逸出，环境友好。 权利要求书 1.一种气凝胶的高效制备方法，其特征在于，包括以下步骤： a、将烷氧基硅烷、烷氧醇、去离子水与酸性催化剂分别加入到反应器(1)中制备混合溶液，并在反应器(1)中水解完成后得到二氧化硅溶胶； b、二氧化硅溶胶被输送到物料混合器(2)中，同时，向物料混合器(2)中加入固化剂，混合均匀得到混合物料； c、混合物料被输送至气凝胶智能生产集成系统(3)中的喷胶舱(4)中，气凝胶智能生产集成系
统(3)还包括加热保温罩Ⅰ(5)、喷液舱(6)、加热保温罩Ⅱ(7)，喷胶舱(4)、加热保温罩Ⅰ(5)、喷液舱(6)、加热保温罩Ⅱ(7)之间通过传动装置(8)连接；将混合物料喷到成型模具中，成型模具连带里面的混合物料通过传动装置(8)传输至加热保温罩Ⅰ(5)内，在加热条件下实现二氧化硅湿凝胶的固化； d、固化形成湿凝胶后，成型模具连带里面的混合物料通过传动装置(8)传输至喷液舱(6)内，同时，喷液舱(6)通过喷射器向混合物料中加入老化剂，成型模具连带里面的所有物料通过传动装置(8)传输至加热保温罩Ⅱ(7)内，在加热条件下实现二氧化硅湿凝胶的老化； e、干燥步骤d制得的老化后的二氧化硅湿凝胶； f、回收烷氧醇。 2.根据权利要求1所述的一种气凝胶的高效制备方法，其特征在于，步骤a中烷氧基硅烷、烷氧醇、去离子水与酸性催化剂之间的摩尔比为1：(2～40)：(4～25)：(0.00001～0.01)，控制反应器(1)的温度为20～120℃。 3.根据权利要求2所述的一种气凝胶的高效制备方法，其特征在于，步骤a中烷氧基硅烷、烷氧醇与去离子水之间的摩尔比为1：(6～18)：(4～12)。 4.根据权利要求1或2所述的一种气凝胶的高效制备方法，其特征在于，步骤a中烷氧基硅烷为三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、三丙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷或四丙氧基硅烷中的一种或几种；所述烷氧醇为碳原子数为1-6的低元醇；所述酸性催化剂为HCl、 H2SO4、H3PO4、HF、HBr、CH3COOH和HOOC-COOH的一种或几种；步骤b中固化剂为NaF、NaOH、KOH或氨水中的一种或几种。 5.根据权利要求1或2所述的一种气凝胶的高效制备方法，其特征在于，步骤c中控制加热保温罩Ⅰ(5)内的温度为30～80℃，保温5～60min；步骤d中控制加热保温罩Ⅱ(7)内温度为30～80℃，保温0.5～100h。 6.根据权利要求1或2所述的一种气凝胶的高效制备方法，其特征在于，步骤d中在加入老化
二氧化硅气凝胶综述
二氧化硅气凝胶简介 气凝胶（aerogels）通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。气凝胶是一种固体，但是99%都是由气体构成，外观看起来像云一样。气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量，有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。 最常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶。SiO2气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80-99.8％，孔洞的典型尺寸为1-100 nm，比表面积为200-1000 m2/g，而密度可低达3 kg/m3，室温导热系数可低达0.012 W/（m?k）。正是由于这些特点使气凝胶材料在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有很广阔的应用潜力。 一、气凝胶发展历史 早在1931年，Steven.S.Kistler就开始研究气凝胶。他最初采用的方法是用硅酸钠水溶液进行酸性浓缩，用超临界水再溶解二氧化硅，用乙醇交换孔隙中的水后，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。这种材料的特点是透明、低密度、高孔隙率。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。 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、更廉价的二氧化硅气凝胶制作方法。与此同时，微结构材料研究小组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，使得超临界干燥技术得以向实用化阶段迈进。 八十年代后期，Larry Hrubesh 领导的研究者在Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) 制备了世界上最轻的二氧化硅气凝胶，密度是0.003 g/cm 3，仅有空气的3倍。不久之后，Rick Pekala(LLNL) 制备了有机气凝胶，包括间苯二酚-甲醛气凝胶、三聚氰胺-甲醛气凝胶。间苯二酚-甲醛气凝胶能够被热解得到纯碳气凝胶，该方法开创了气凝胶研究的新领域。 进入九十年代以后，对于气凝胶领域的研究更为深入。据不完全统计，近
简单介绍气凝胶产品特点
其实气凝胶是一种固体物质形态，是世界上密度小的固体之一。一般常见的气凝胶为硅气凝胶，也有碳气凝胶存在。目前轻的硅气凝胶仅有3毫克每立方厘米，比空气重三倍，所以也被叫做“冻结的烟”或“蓝烟”。 气凝胶 气凝胶物理性能包装形式：卷状厚度：3mm，5mm，6mm，10mm。宽度：910mm，1200mm，1500mm。密度：200kg/m3。高适用温度：650℃或800℃。疏水性：整体疏水。导热系数：<0.018w/mk(25℃时)。 A1级防火气凝胶特点：孔隙率很高，可高达99.8%；纳米级别孔洞(20～100nm)和三维纳米骨架颗粒(2～5nm)；高比表面积，可高达1000m2/g；低密度，可低至0.003g/cm3；气凝胶独特的结构决定了其具有极低的热导率，常温下可以低至0.013W/(mK)； 强度低，脆性大，由于其比表面积和孔隙率很大，密度很低，导致其强度很
低。 气凝胶物理性能：参数密度12.5-18kg/m3，比表面积500-650m2/g，孔隙率95-98%，孔径20-70nm，孔容3.5ml/g，导热系数0.01-0.018w/mk，疏水性：疏水或亲水两类。 产品特性：1、独特纳米结构材料内部孔隙均在50-80纳米之间，本材料孔隙率高达90%以上。气凝胶材料不同于传统隔热材料，相比传统隔热材料（玻璃纤维毡，硅酸铝棉）可以在达到同样隔热效果的前提下降低3至8倍的厚度及重量。 2、优越的隔热性能常温下（25℃）导热系数可达到0.015w/mk。 3、良好的耐温性能不同系列的本材料可分别耐受高600℃-1000℃的高温，低温使用范围接近绝对零度。 以上就是对于气凝胶讲述，相信大家已经有所了解，产品在使用时是有着很好的作用，当然我们的产品是有保证的，也有着很好的使用效果。
二氧化硅气凝胶解读
海南大学 课程名称现代材料科学进展 题目名称二氧化硅气凝胶 学院材料与化工学院 专业班级2010级材料2班 姓名周俊琛 学号20100413310089 评阅老师： 日期：年月日
二氧化硅气凝胶 周俊琛20100413310089 摘要:本文从二氧化硅的研究历史和现状出发，从制备方法、干燥工艺、性能与应用领域等方面综述了二氧化硅气凝胶的研究进展，并对二氧化硅气凝胶的发展前景进行了展望。 关键词:二氧化硅气凝胶，制备，干燥，应用 Current Research and Applications of Silica Abstract: The article reviewed the latest development and the h istory of the research of silica aerogel, summarized the progre ss of the silica aerogel research in the aspects of preparatio n methods, drying technologies, properties and current applicatio n. And the article also looks forward to the development prosp ect of silica aerogel. Keywords: silica aerogel, preparation, drying, application 一、气凝胶的简介 气凝胶通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。气凝胶是一种固体，但是99%都是由气体构成，外观看起来像云一样。气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量，有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。 最常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶。SiO2气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80-99.8％，孔洞的典型尺寸为1-100 nm，比表面积为200-1000 m2/g，而密度可低达3 kg/m3，室温导热系数可低达0.012 W/（m?k）。正是由于这些特点使气凝胶材料在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有很广阔的应用潜力。。 二、气凝胶发展历史 早在1931年，Steven.S.Kistler就开始研究气凝胶。他最初采用的方法是用硅酸钠水溶液进行酸性浓缩，用超临界水再溶解二氧化硅，用乙醇交换孔隙中的水后，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。这种材料的特点是透明、低密度、高孔隙率。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。
国内气凝胶行业公司一览
国内气凝胶行业公司一览 为方便气凝胶从业者找到合适的工作，气凝胶信息论坛特整理了国内气凝胶行业的企事业单位名单，此名单会一直更新下去，欢迎大家提供资料。（以下排名不分先后哦） 01.东莞市创一新材料科技有限公司 行业：新能源及节能技术 生产产品与服务：透明绝热气凝胶材料，平板太阳能集热器 地址：广东省东莞市松山湖高新区创新科技园8栋4楼 02.纳诺高科股份有限公司 纳诺高科的母公司是具有强大建筑业背景的浙江中联建设集团有限公司。2004年，中联集团希望在原有建筑主业的基础上进行升级转型，找到新的经济增长点。纳诺高科是国内首家进行二氧化硅气凝胶商业化和产业化的公司，成立于2004年4月。纳诺高科在2006年4月成立了自己的研发中心，购买大批先进科研设备，招纳优秀的技术人员进行技术攻关和产品深度开发。为了解决产品成本过高的问题，2007年公司又引入了同济大学作为战略合作伙伴，并成立“同济大学·纳诺高科气凝胶联合研究所”。 地址: 浙江省绍兴市城东剡溪路488号 网址: 03.广东埃力生高新科技有限公司 于2006年创立于广东英德市，是一家集研发、生产、销售气凝胶复合隔热材料和真空绝热材料为一体的创新型高新技术企业，也是中国大规模工业化生产气凝胶隔热材料的领军企业。我公司自创建以来，引进了大批高级技术人员和管理人才，以“科技创新、质量第一”为研发理念、以“节能环保”为主题，成功地将气凝胶保温隔热这一创新技术转化为气凝胶复合隔热材料产品与工业应用解决方案，生产出气凝胶毡、气凝胶板、真空绝热板三大系列产品。
地址：广东省广州市越秀区东湖西路2号金湖大厦1202室 网址： 04.张家港保税区润特国际贸易有限公司 位于经济繁荣的张家港，是专门从事节能减排领域技术的研究；近年来重点致力于气凝胶绝热复合材料的应用技术研究，并已取得了丰硕的成果。 地址：江苏省苏州市张家港市保税区金税大厦759室 网址： 05.三A化工集团 集团下属四个子公司横跨无机、有机二个产业，以国内著名科研院所、知名大学为技术依托，在两个产业上梯次开发专、精、新的硅化工系列产品，形成了产品树。年产各种规格硅酸钠12万吨，超细二氧化硅系列产品2000吨，络合金属透明染料系列产品1500吨，大孔超细二氧化硅气凝胶系列产品1万吨。 主营产品或服务：气凝胶,消光剂,二氧化硅,金属络合透明染料,硅酸钠 地址：湖南省冷水江市经济技术开发区 网址： 06.长沙星纳气凝胶有限公司 是一家专业从事气凝胶相关技术与产品研发、生产以及销售的科技型企业。 地址：湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号 网址： 07.山西天一纳米材料科技有限公司 是中国领先的凝胶法合成二氧化硅高新技术企业，在消光剂、喷墨介质吸附剂、塑料开口剂、保温绝热复合材料产品及技术方面，处于国内同行的领先地位。
气凝胶的制备
气凝胶具有超轻、低密度、纳米微孔，特征是，具有超细蜂窝孔尺寸和多孔结构，由相互连接的聚合链连接而成。孔径一般低于 100 nm，气凝胶颗粒尺寸通常小于 20nm。它可以由无机材料（如二氧化硅、氧化铝等），有机材料（如聚酰亚胺、碳等），或混合材料（如凝胶玻璃等）而制得。 气凝胶是世界上最轻的固体材料，因其颜色呈现出淡蓝色，因此也被称为“蓝烟”，也有人将其称为“固体空气”。这也被列入了基尼斯世界纪录。复合气凝胶密胺海绵气凝胶毯具有柔软﹑易裁剪﹑密度小、防火阻燃﹑绿色环保等特性，其可替代玻璃纤维制品、石棉保温毡、硅酸盐纤维制品等不环保、保温性能差的传统柔性保温材料。 气凝胶的结构特征是拥有高通透性的圆筒形多分枝纳米多孔三位网络结构，拥有极高孔洞率、极低的密度、高比表面积、超高孔体积率，其体密度在0.003-0.500 g/cm-3范围内可调。（空气的密度为0.00129 g/cm-3）。 气凝胶最初是由S.Kistler命名，由于他采用超临界干燥方法成功制备了二氧化硅气凝胶，故将气凝胶定义为：湿凝胶经超临界干燥所得到的材料，称之为
气凝胶。在90年代中后期，随着常压干燥技术的出现和发展，90年代中后期普遍接受的气凝胶的定义是：不论采用何种干燥方法，只要是将湿凝胶中的液体被气体所取代，同时凝胶的网络结构基本保留不变，这样所得的材料都称为气凝胶。 气凝胶的制备通常由溶胶凝胶过程和超临界干燥处理构成。在溶胶凝胶过程中，通过控制溶液的水解和缩聚反应条件，在溶体内形成不同结构的纳米团簇，团簇之间的相互粘连形成凝胶体，而在凝胶体的固态骨架周围则充满化学反应后剩余的液态试剂。 为了防止凝胶干燥过程中微孔洞内的表面张力导致材料结构的破坏，采用超临界干燥工艺处理，把凝胶置于压力容器中加温升压，使凝胶内的液体发生相变成超临界态的流体，气液界面消失，表面张力不复存在，此时将这种超临界流体从压力容器中释放，即可得到多孔、无序、具有纳米量级连续网络结构的低密度气凝胶材料。
气凝胶
气凝的应用：（一）气凝胶在石油化工方面的应用 据报道操作人员在开采海底油田和气田时的一项关键需求，是输送未加工炭氢化合物的能力，它们经常处于高温高压状态下，而且沿海底的输送距离也越来越长。若没有充分的绝热，这些炭氢化合物将发生冷却并生成水合物或蜡化，最终堵塞流送管，对操作人员产生巨大的成本，气凝胶卓越的保温性能可以很好的解决这一问题。 （二）气凝胶的应用 随着远洋运输、海上油田的发展，与之配套的海上钻井平台、石油运输船、液化天然气（LNG）船，液化石油气（LPG）船等发展迅速。这些特种船舶对于隔热保温和防火分隔提出了更高的要求，也成为气凝胶材料应用新的平台。 （三）气凝胶在建筑应用 气凝胶卓越的保温性能让他可以在建筑保温方面具有十分强大的潜力，相对于目前使用的聚苯泡沫气凝胶不仅保温隔热效果更好，而且不可燃烧，可以有效的防止火灾的发生。气凝胶的耐老化性能也十分良好，可以保证外保温体30年不老化。目前气凝胶的成本相对较高，等将来工艺更加的优化，成本下降，必将在建筑保温方面大量应用。同时由于气凝胶的透光性，使其可以用来制作透光屋顶。 （四）气凝胶在航空航天应用 目前，气凝胶已经在航空航天需要隔热保温的地方中大量使用。其中有一项就是在航空航天用热电池上的应用，使用气凝胶材料作为隔热保温层完美的解决了航空航天对热电池高性能的要求，下图为某种热电池的隔热气凝胶材料。 （五）气凝胶其他应用 气凝胶卓越的隔热保温性能使得他在电化学、服装、新能源、催化剂等方面也有十分强大的应用潜力。由于气凝胶的孔隙都是纳米级的，比表面积很大这使得他吸附能力较
大，可以在用来做催化剂的载体；由于其吸附性，同时密度极低，所以也可以用来储氢；他良好的保温性可以用来制作服装，只需要很薄的一层就可以达到很好的保温效果。 作为隔热保温材料，可用于超声速飞行器的热防护，装甲车、船舶等的大功率发动机隔热，工业用高温炉的隔热以及高效热电池、绿色智能建筑的保温等；作为防火分隔材料，可用于大型船舶、高层建筑物中防火门、防火舱壁的制造；可用于特种服装（防寒服、消防服、防弹背心）制造、隔音材料、催化剂载体等。 材料表面处理技术 摘要：介绍了表面处理技术的内容，现代材料表面处理技术与传统表面处理技术的区别，重点介绍了表面处理技术在模具上的应用和发展，最后针对材料表面处理技术研究和应用所存在的问题，提出了自己的看法。 关键词：表面处理技术区别模具问题。 一、表面处理技术的内容 材料表面处理技术与工程,是80年代以来世界十大关键之一的新兴技术,现已迅速发展成跨学科的、综合性强的新兴的先进工程技术,涉及到材料、物理、化学、真空技术及微电子学等许多学科,应用领域非常广。 表面处理技术包括：表面覆盖技术、表面改性技术和复合表面处理技术。 1)表面覆盖技术 这项技术的种类很多,目前主要有下列24类:1电镀；2电刷镀；3化学镀；4涂装；5粘结；6堆焊；7熔结；8热喷涂；9塑料粉末涂敷；10电火花涂敷；11热浸镀；12搪瓷涂敷；13陶瓷涂敷；14真空蒸镀；5溅射镀；16离子镀；17普通化学气相沉积；18等离子体化学气相沉积；19金属有机物气相沉积；20分子束外延；21离子束合成薄膜技术；22化学转化膜；23热烫印；24暂时性覆盖处理。上述每类表面覆盖技术又可分为许多种技术。例如电镀按镀层可分为单金属电镀和合金电镀。单金属镀层有锌、镉、铜、镍等数10种,合金镀层有锌铜、镍铁、锌-镍-铁等100多种。按电镀方式,可分为挂镀、吊镀、滚镀和刷镀等。某些分类有重叠情况,例如塑料粉末涂敷可归入涂装一类,但由于其特殊性,故单独列为一类。又如陶瓷涂敷,其中不少内容可归入热喷涂一类,但考虑其完整性,也单独列为一类。有些技术,尤其是一些新技术,根据其特点和发展情况,在需要时可单独列为一类。例如片状锌基铬盐防护涂层(又称达克罗等),是由细小片状锌、片状铝、铬酸盐、水和有机溶剂构成涂料,经涂敷和300℃左右加热保温除去水和有机溶剂后形成涂层,因具有涂层薄、防蚀性能优良、无氢脆、耐热性好、附着性高以及无环境污染等优点,所以发展迅速,可考虑从涂装中单独列出。 2)表面改性技术 目前大致可分为以下几类:喷丸强化；表面热处理；化学热处理；等离子扩渗处理；激光表面处理；电子束表面处理；高密度太阳能表面处理；离子注入表面改性。 实际上“表面改性”是一个具有较为广泛涵义的技术名词,它可泛指“经过特殊表面处理以得到某种特殊性能的技术”。因此,有许多表面覆盖技术也可看作表面改性技术。为了使这些覆盖技术归类完整起见,我们说的表面改性技术是指“表面覆盖”以外的,通过用机械、物理、化学等方法,改变材料表面的形
二氧化硅气凝胶..
二氧化硅气凝胶..
海南大学 课程名称现代材料科学进展 题目名称二氧化硅气凝胶 学院材料与化工学院 专业班级 2010级材料2班 姓名周俊琛 学号 20100413310089 评阅老师： 日期：年月日
二氧化硅气凝胶 周俊琛20100413310089 摘要:本文从二氧化硅的研究历史和现状出发，从制备方法、干燥工艺、性能与应用领域等方面综述了二氧化硅气凝胶的研究进展，并对二氧化硅气凝胶的发展前景进行了展望。 关键词:二氧化硅气凝胶，制备，干燥，应用 Current Research and Applications of Silica Abstract: The article reviewed the latest development and the h istory of the research of silica aerogel, summarized the progre ss of the silica aerogel research in the aspects of preparatio n methods, drying technologies, properties and current applicatio n. And the article also looks forward to the development prosp ect of silica aerogel. Keywords: silica aerogel, preparation, drying, application 一、气凝胶的简介 气凝胶通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。气凝胶是一种固体，但是99%都是由气体构成，外观看起来像云一样。气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量，有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。 最常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶。SiO2气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80-99.8％，孔洞的典型尺寸为1-100 nm，比表面积为200-1000 m2/g，而密度可低达3 kg/m3，室温导热系数可低达0.012 W/（m?k）。正是由于这些特点使气凝胶材料在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有很广阔的应用潜力。。 二、气凝胶发展历史 早在1931年，Steven.S.Kistler就开始研究气凝胶。他最初采用的方法是用硅酸钠水溶液进行酸性浓缩，用超临界水再溶解二氧化硅，用乙醇交换孔隙中的水后，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。这种材料的特点是透明、低密度、高孔隙率。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。
石墨烯气凝胶制备方法整理
石墨烯气凝胶的制备方法 气凝胶，又称为干凝胶，于1931年被Kistlerll首次提出，它是一种超低密度、大孔体积、高比表面积的纳米多孔固态材料。这些特征都归因其纳米颗粒相连所构成的三维网状结构。一般来说，气凝胶首先通过溶胶凝胶过程制得湿凝胶，然后经溶剂交换过程除去网络空隙中表面张力较大的溶剂，最后利用特殊干燥法来制得气凝胶。 石墨烯是一种由碳原子构成的二维片层结构的纳米碳材料，它有很高的理论比表面积，具有良好的导热性能和力学性能。石墨烯的这些优异性能使其成为研究的热点，很多研究都致力于将单个石墨烯片层的优秀的性能延伸到宏观的领域。近年来，针对石墨烯的研究都集中在石墨烯在二维结构中的应用，如催化、存储及可控释放的载体、智能增强体和生物技术等领域。但是新的研究表明，石墨烯在三维结构中更能充分发挥其优秀的性能，如石墨烯纸、石墨烯纤维、石墨烯气凝胶等三维结构。以石墨烯气凝胶为例，它除了具有高比表面积、高孔隙率的气凝胶结构特点外，还兼具石墨烯优异的物理化学性质，具有良好的导电与导热性以及优异机械强度，使其在能量存储、环保、催化和抗电磁干扰等领域具有广阔的应用前景。 例如，我们可以利用石墨烯气凝胶的整体性结构，可以直接或与其他材料复合当作超级电容器或是锂离子电池电极来使用，而不需要添加导电剂和粘结剂；也能够利用其拥有的大量的微米级的孔道结构（这些分级孔结构有利于高粘度流体的运输，对于油类物质和有机污染物表现出极高的吸附能力），对水中污染物进行吸附；或是利用良好的疏水性、较大的比表面积和特殊的孔结构，使有毒有害气体可以很好地与活性吸附位点发生相互作用，吸附和富集在气凝胶上；还可以通过对石墨烯气凝胶进行N、S掺杂后，使气凝胶表现出更为优异的催化效果等等。 但是，由于石墨烯既不溶于很多溶剂同时也不能在高温下熔化，所以石墨烯复合物的制备比较困难。同时，如何保留石墨烯固有优异性能的同时，实现结构可设计的规模化制备，
气凝胶技术交流会议问答记录
1.以水玻璃为硅源制备气凝胶的过程中钠离子等杂质离子对气 凝胶的影响及工业制备方法？ 答：目前，工业上生产气凝胶主要应用于隔热保温方面。 而以水玻璃为硅源制备气凝胶的过程中，由于水玻璃含有大量杂质离子（例如钠离子）对气凝胶的隔热保温性能、光学性能有严重影响，因此目前工业生产气凝胶一般选用有机溶剂（硅烷、硅脂、硅醚）为硅源。另一方为了减少杂质离子对气凝胶的影响一般选用含钠离子较少的硅溶胶为硅源制备气凝胶。 2.如何增强气凝胶力学性能？ 答：一般提高气凝胶力学性能的方法有三种：一是对气凝胶表面羟基接枝从而形成更大链状结构或更大的空间结构或是在保证气凝胶原有结构的条件下掺杂其它物质，通过设计分子链设计它的力学性能。二是加入其它有机溶剂与气凝胶形成混联（例如聚脲气凝胶强度是普通气凝胶的100倍）； 三是加入纤维（碳纤维、玻璃纤维等）使纤维表面羟基与气凝胶表面羟基缩合形成相对稳定的化学键。 3.气凝胶制品的市场应用？ 答：气凝胶是一种无规、多孔、连续的固体空间三维结构，具有比表面积大、隔热性能好、吸附性强及优越的光学性等。目前解决气凝胶材料性能和降低其生产成本，使其能够更加广泛应用于各个领域是不可避免的发展潮流。
4.纳米陶瓷隔热毡的技术指标及性能参数？ 答：目前，我国还没有关于气凝胶的标准规定，我正在参与制定我国关于气凝胶及气凝胶材料的性能指标。目前纳米陶瓷隔热毡的技术指标主要表现在4个方面：导热系数、耐温性、掉粉情况、密度。 性能参数： 1）导热系数：工业生产基本控制在0.02-0.025w/(m.k)，国内较好的能做到0.015-0.02 w/(m.k)。 2）密度：纳米陶瓷隔热毡的密度与基料的密度有关。一般基料密度为130-150g/m3，气凝胶毡密度为150-180 g/m3。 3）掉粉:目前还未能完全解决掉粉问题。现在大多数采用物理法进行防掉粉处理。 5. 纳米陶瓷隔热毡相对于其他隔热材料的优势? 答:传统的隔热材料分为三大类:有机发泡体、无机发泡体、纤维制品。 传统材料存在的问题:1.有机发泡体易燃烧、不耐高温；2.无机发泡体易风化、易脆、强度低、导热系数高；3.纤维制品以岩棉为例遇水、遇碱会成粉状形成空鼓，不安全，使用寿命短。 纳米陶瓷隔热毡的优势：导热系数低、材料质薄，节省空间、超级隔热、为无机材料不燃烧。 6.在高温隔热条件下如何提高气凝胶的隔热性能？
气凝胶的应用与制备
气凝胶的制备与应用 摘要 本文简要综述了气凝胶[9]的基本特性、制备方法、表征手段和其国内外研究概况；主要工作及相应 超临界流体干燥方法制备出性能优良、具有纳米网络结构结果是采用溶胶－凝胶工艺、溶剂置换和CO 2 的气凝胶。 目录 1.气凝胶的性质及其应用 2.气凝胶的制备 3.气凝胶的结构控制及表征 4.发展与展望 前言 气凝胶是一种新型低密度多孔纳米材料，具有独特的纳米级多孔及三维网络结构，同时具有极低的密度（3-500kg/m3）、高比表面积（200-1000m2/g）和高孔隙率（孔隙率高达％，孔洞典型尺寸为1-100nm），从而表现出独特的光学、热学、声学及电学性能[1]，具有广阔的应用前景。气凝胶主要包括无机气凝胶、有机气凝胶及炭气凝胶。 1. 气凝胶的性质及其应用 由于气凝胶是具有纳米结构的多孔材料，在力学、声学、热学、电学、光学方面有许多独特的性质，如具有低折射率、低声阻抗，具有极大的比表面积、低杨氏模量，对光、声的散射比传统材料小的多，这些性质使气凝胶不仅在基础研究中得到重视，而且在许多领域内有广泛的应用前景。 基础研究方面，气凝胶是研究分形结构动力学的最佳材料。散射实验表明，绝大多数气凝胶材料具有典型的分形结构，它们由尺度为a（约为1nm）的凝胶粒子相互堆积，交联形成无规三维网络状结构，这些网络具有自相似结构，自相似结构持续到尺度ξ（约为100nm），在ξ尺度上，材料可看成是
连续且均匀的。在不同的尺度范围内，以ξ和a为界，存在三个色散关系明显不同的激发区域，分别对 应声子，分形子和粒子模的激发。要在不同试验上来检测分性子的色散关系以及不同振动区的渡越行为，就需要能够制备一系列分维数D相同而宏观密度ρ ξ 不同的试样，而且其结构又是交互自相似的。由于气凝胶的结构可控性，通过控制凝胶过程中的各种影响因素以及超临界干燥工艺，是可以制备出符合要求的样品系列来的。 机械性能方面，气凝胶的杨氏模量Y，压缩强度以及声传播速率C与其宏观密度ρ之间关系都满足标度定律，可分别表示如下：C＝kρn，Y＝kρm，其中标度参量n﹑m均与气凝胶的制备条件密切相关。气凝胶的杨氏模量为106N/m2数量级，比相应玻璃态材料低4个数量级。其纵向声速可达100m/s量级。此外，声传播的另一个奇特的性质氏其弹性常数会随外界压力的增加而减小。气凝胶的声阻抗Z=ρC,可变范围很大，进而可以通过控制ρ的变化来制备成不同声阻抗Z的材料，从而，气凝胶是一种声阻抗耦合材料。 热学性能方面，气凝胶具有优异的隔热属性[8]。气凝胶的热传导由气态传导、固态传导和辐射传导组成，由于气凝胶独特的纳米多孔三维网络状结构，使得在常压下材料孔隙内的气体对热传导的贡献极低。即使在抽取完气凝胶内的气体后，低密度，高空隙率的气凝胶限制了局域激发的传播，使得固态传导和辐射传导也降低。气凝胶的固态传导率比相应的玻璃态材料低2-3个数量级。气凝胶的热辐射传输主要由红外吸收决定，这种材料对低温物体的贯穿辐射主要集中在3-5μm范围内。如果在气凝胶 制备的溶胶－凝胶过程中中加入例如碳黑，TiO 2 等遮光剂，则会显著地增加红外湮灭系数，使得在常温常压下，粉末气凝胶和块状气凝胶的热导率都将降低，如果对其进行抽真空处理，则其总热导率将会将至更低的水平，这也是目前粉体和块体材料的最低值。另外无机气凝胶能耐高温，在800℃以下，结 构和性能无明显变化，如Al 2O 3 气凝胶则可耐2000℃的高温，在作为高温隔热材料方面，有着无比的优 越性。 电学性能方面，气凝胶的介电常数ε与质量密度ρ之间有近似的线性关系，如MF气凝胶ε-1＝ ×10-3ρ，RF气凝胶有ε-1=×10-3ρ。由于其气凝胶的介电常数特别小，因此有可能被用于高速计算的大规模集成电路的衬底材料。在将有机气凝胶炭化后制备成的炭气凝胶除了其多孔性及巨大的比表面积外，还具有到电性，其电导率σ一般在10-40s/cm，因此可以用来制造高效高能底可充电电池。这种电池实际上是一种高功率密度，高能量密度的双层电化学电容器。同时由于炭气凝胶巨大的比表面积，连续且导电的三维网络状结构，目前比电容量已经达到105F/kg。 光学性能方面，许多气凝胶能制成透明或半透明材料，如硅气凝胶在波长630nm处湮灭系数e＝ 0.1m2/kg ，同时由于其密度极低，可以使得光在这个波长范围内的平均自由程很小，从而透明度很好。由于组成气凝胶的骨架结构一般都是由在1-100nm的单元组成，故对蓝光和紫外光有较强的散射。例如硅气凝胶的折射率接近1，同时对红外和可见光的湮灭系数之比高达100以上，使得其能在让太阳光有效通过的同时，还阻止环境温度的红外辐射，从而成为一种理想的透明绝热材料。气凝胶还是折射率可调的材料，通过调节密度ρ可方便调节折射率n，一般n满足：n＝1+×10－4ρ/kg·m-3。 催化剂及其载体方面[4]，气凝胶具有高比表面积、高孔隙率、低密度且具有良好的稳定性，是催
新型气凝胶
光学精密机械2018第2期（总第149期） -23- 新型气凝胶 中国科学技术大学俞书宏教授课题组以壳聚糖作三维软模板，发展了一种制备酚醛树脂与二氧化硅复合材料的新方法，成功研制了具有双网络结构的酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料。该材料具有轻质多孔、隔热防火和耐火焰侵蚀的特点。研究论文3月12日发表在《德国应用化学》上。 科研人员研制了一种双网络结构的复合气凝胶，具有树枝状的微观多孔结构，纤维的尺寸在20纳米以内，且两种组分各自都成连续的网络，实现了有机、无机组分在纳米尺度上的均匀分散。研究人员通 过调控硅源的添加量，即可调控复合气凝胶的密度、无机含量、力学强度等物理参数，从而增强其结构的机械稳定性。这种复合气凝胶可以承受60%的压缩而不破裂，具有良好的机械强度和可加工性；该气凝胶的两组分间具有很强的相互作用，协同其多孔性，从而产生了很好的保温隔热效果，不仅优于传统商用的发泡聚苯乙烯、矿物棉等工业材料，而且在低温和低湿度的环境下也能维持很好的隔热效果。 此外，这种独特的双网络结构还赋予了气凝胶优异的防火阻燃和耐火焰侵蚀的性能。 新型柔性锌—空气电池可编织可穿戴 将电池制作成能弯曲、易携带的配饰，甚至编入纤维制成衣服，是否会成真？从天津大学胡文彬教授、钟澄教授、邓意达教授课题组获悉，该课题组通过一种快速、简单、连续的方法制备出一种可编织的柔性线状锌－空电池；此外还设计制备了一种具有高效氧还原与氧析出催化性能的原 子级厚度的介孔Co3O4/N—rGO（介孔四氧化三钴/氮掺杂氧化还原石墨烯）复合纳米片，以该复合纳米片作为催化剂的柔性线状锌－空电池表现出了优异的性能。 近日，该研究分别以封面文章的形式发表在国际期刊《先进材料》和《先进能源材料》上。 电子元器件与仪器仪表
气凝胶
气凝胶是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。气凝胶是世界上已知密度最低的人造发泡物质。气凝胶气凝胶是一种固体，但是99%都是由气体构成，外观看起来像云一样，借由临界干燥法将凝胶里的液体成分抽出。这种方法会令液体缓慢地被脱出，但不至于使凝胶里的固体结构因为伴随的毛细作用被挤压破碎。 最常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶。SiO2气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料。SiO2气凝胶材料具有极低的导热系数，可达到0.013-0.016W/(m·K)，低于静态空气（0.024W/(m·K)）的热导系数。即使在800℃的高温下其导热系数才为0.043W/(m·K)。高温下不分解，无有害气体放出，属于绿色环保型材料；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(103-107kg/m2·s)，是一种较理想的超声探测器的声阻耦合材料。初步实验结果表明，密度在300 kg/m3左右的硅气凝胶作为耦合材料，能使声强提高30 dB，如果采用具有密度梯度的硅气凝胶，可望得到更高的声强增益；纳米结构的气凝胶还可作为新型气体过滤，与其它材料不同的是该材料孔洞大小分布均匀，气孔率高，是一种高效气体过滤材料；硅气凝胶的折射率接近l，而且对红外和可见光的湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光中的可见光部分，并阻隔其中的红外光部分，成为一种理想的透明隔热材料，在太阳能利用和建筑物节能方面已经得到应用。 早在1931年，Steven.S.Kistler就开始研究SiO2气凝胶。他最初采用的方法是用硅酸钠水溶液为原料，将其水溶液进行酸性浓缩，利用超临界水再溶解二氧化硅，用乙醇交换孔隙中的水后，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。这种材料的特点是透明、低密度、高孔隙率。在之后的几年里Kistler详尽的描述了二氧化硅气凝胶的特性，并制备了许多有研究价值的其他物质的气凝胶材料，包括:Al2O3、WO3、Fe2O3、纤维素、明胶、橡胶等气凝胶。但受当时科研手段的限制，这些材料的研制并没有引起科学界的重视。上世纪八十年代，由于溶胶-凝胶技术的发展和原料的改进，气凝胶科学技术得到的飞速的发展。目前，国内外学者及企业对气凝胶的制备及应用进行了广泛的研究，采用有机硅作为硅源，利用溶融-凝胶工艺，经过干燥处理后，即可形成SiO2气凝胶。但是，因为密度极低(约为空气密度的1/6～1/3)，比表面积极高，孔隙率高达
气凝胶的应用
气凝胶的应用 气凝胶的应用 2010年09月25日 气凝胶除了在学术领域的研究以外，已经成功应用于不同领域。最早在Kistler的帮助下，Monsanto公司开始销售“aerogel”。该公司的产品是 粒状二氧化硅材料。这种材料用于化妆品或牙膏中的添加剂或触变剂。上世纪 八十年代早期，瑞典的 Airglas公司开始生产气凝胶作为切仑可夫(cherenkov)探测器的部件。Jet Propulsion 实验室制备的二氧化硅气凝胶已经在航天飞机上得到使用，用于收集和获得高速宇宙尘埃。由C.Jeff Brinker和Doug Smith 领导的研究者通过在干燥前化学修饰凝胶表面的方法，取代了超临界干 燥的过程，这成为廉价气凝胶商业化的基础。 1992年，Hoechst公司(Frankfurt， Germany)也开始了低价气凝胶粒子的研究。Aeroje公司(Sacramento，California)开始与 Berkeley实验室(LLNL)合作。在德国，BASF同时也开发了CO2取代法，用硅酸钠制备二氧化硅气凝胶珠的方法。 气凝胶的独特结构及低热导率、低密度的特性决定其最重要的应用之 一是作为超级隔热材料，可以广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。美国NASA 已经将气凝胶作为超级隔热材料应用于火星探测器的“漫游车”上，并已经成功发射到火星。德国的宝马汽车公司 (BMW)在水冷散热器上包覆气凝胶层，能够显著提高散热器的使用温度，增强冬季条件下汽车的抗冻能力。SiO2气凝 胶具有高度透光率并能有效阻止环境温度的热辐射，瑞士和德国采用颗粒状气 凝胶设计了透明玻璃墙，它是一种既能过透过太阳光，又能有效积累太阳热量 并抑制热散失的透明隔热体。此外SiO2气凝胶窗的开发研究已在德国、英国、比利时等国的数家公司联合开展，预计SiO2气凝胶窗具有广阔的市场前景。另外无机气凝胶由于其耐高（Al2O3 气凝胶能耐2000℃高温）、超低密度等特性，使其成为航空航天器上理想的隔热材料。而意大利佛罗伦萨的“新星公司(Nove)”则首先生产以气凝胶为保温介质的短上衣。这种半透明的保温介质是世界上最轻的固体之一，用其制成的保暖上衣自然是轻薄无比。另外，美国NASA Ames 研究中心开发的陶瓷纤SiO2气凝胶复合材料已经用于高马赫数飞行
纳米气凝胶在未来必将大有发展
近年来，随着能源价格的高涨与环境污染，所造成的气候变迁，节能减碳，已成全世界民众朗朗上口的口号。要达到节能减碳的目标，有许多可实行的方式，其中，有效抑止热量的散失或进入系统，是其主要的技术之一。纳米气凝胶的出现完美解决了这个问题。 纳米气凝胶的多孔结构中，空气占有高达99.8%的体积，因此，密度极低(0.003-0.1g/cm3)，被称为“被冻结的烟”(frozen smoke)。因为纳米气凝胶中的二氧化硅粒子极小，所以，一般纳米气凝胶呈现透明或是半透明，化学性质，类似于普通玻璃。由于空气的折射率为1，使得空气占有99.8%体积的纳米气凝胶，具有低折射率与低热传导系数(0.013-0.4w/mk) 纳米气凝胶具有惊人的绝热效果，比玻璃纤维好40倍。有鉴于纳米气凝胶的低热传导(隔热性能)、高透光、低折射率，以及防火等优越性能。若能依照建筑物围护主要三大区域：屋顶、外墙与窗户，以纳米气凝胶为基础材料，开发此三大构造的节能建材，将会提升建筑围护的节能效益。 纳米气凝胶是优良的热绝缘体，一寸厚的纳米气凝胶，相当于20至30块普通玻璃的
隔热功能。纳米气凝胶几乎能阻绝由三种传热方式（热传导、热对流、热辐射）带来的热量转移。凝胶中空气的成分比例，至少占99.8%以上，而空气为热的不良导体，故它们是好的热传导隔绝材料(不过，金属凝胶，在作为绝缘体的用途时，就不是那么有效)。例如硅凝胶，由于硅也为热的不良导体，其隔绝性能又更加良好了。就热对流的方式而言，因为空气无法跨越凝胶表面行对流作用，他们也是好的热对流隔绝材料。 纳米气凝胶本身的性质是具亲水性的，但是借由化学制程可将它改变为具疏水性。凝胶在逐渐吸收水汽的过程中，会经历分子结构的变动，如同尺寸缩水，甚至完全被毁坏。借由改变凝胶对于水汽的接受度才能改善毁坏的现象。即使有裂缝穿过胶体表面，那些内部被化学制程强化过的样品对水汽的抵抗作用也会好过于那些只仅仅强化分子表层的样品。而疏水性制程能促进胶体加工过程的便利性，因为这样就便于使用水刀切割了。 纳米气凝胶在未来必将大有作为，将会带来保温绝热材料的一场革命。