气凝胶材料在线
研究内容
当前，化石燃料消耗量激增导致温室气体排放量迅速增加。随之而来的全球变暖导致了气候和环境问题，给人类社会的生存和发展带来了严峻挑战。节约能源是解决这一问题的有效措施，而高性能的隔热材料是必不可少的。在各种隔热材料中，二氧化硅气凝胶是一种介孔材料，具有密度低、比表面积大、孔隙率高等独特性能。气凝胶的孔径小于空气的平均自由范围，有助于降低空气分子的碰撞频率，这种独特的气凝胶结构能有效限制热传导和对流传热。因此，气凝胶被广泛应用于节能保温领域，尤其是建筑和工业节能领域。
作为隔热材料，二氧化硅气凝胶一般作为复合材料实际应用，并且复合材料必须在高温下工作，其在高温下的热稳定性、导热性和隔热性能非常重要，目前几乎没有人对其进行过研究。
基于此，南京工业大学孔勇教授团队以本研究以低成本的水玻璃为前驱体，通过简单的一锅溶胶-凝胶工艺合成了二氧化硅气凝胶。根据水玻璃水溶液的pH 值和固含量浓度对二氧化硅气凝胶进行了结构调控。通过湿法浸渍玻璃纤维毡制备了二氧化硅气凝胶复合材料。从形态、孔隙结构、微观结构和化学结构等方面全面研究了二氧化硅气凝胶和二氧化硅气凝胶复合材料的结构随温度的变化。通过热导率、高温下的热屏蔽行为和抗热震性对二氧化硅气凝胶复合材料的隔热性能进行了深入研究。研究了在气凝胶复合材料中引入SiC对隔热性能的影响。
相关研究成果以“Structure tailoring and thermal performances of water glass-derived silica aerogel composite with high specific surface area and enhanced thermal stability”为题发表在Journal of Non-Crystalline Solids期刊上。
图1. 二氧化硅气凝胶和二氧化硅气凝胶复合材料的合成示意图
图2.氧化硅气凝胶的结构调控
选取有最高的交联度和出色的热稳定性的氧化硅气凝胶配比，制备相应的二氧化硅气凝胶复合材料来评估其作为隔热材料的性能。通过热导率、高温下的热屏蔽行为对其进行了深入研究。
图4.热处理后复合材料的结构演变
图5.复合材料的隔热性能及原理分析
为了评估在实际应用的极端温度冲击下的稳定性和性能，对复合材料进行了高温下的抗热震性测试。
图6.复合材料高温下的抗热震性测试
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