新型气凝胶材料可用于隔热防火

记者从中国科技大学获悉，余书宏教授研究小组以壳聚糖为三维软模板，开发了制备酚醛树脂和二氧化硅复合材料的新方法，成功开发了双网络结构酚醛树脂/二氧化硅复合气凝胶材料。该材料具有轻质、多孔、隔热、防火、耐火等特点。研究论文于3月12日发表在应用化学中。

工业建筑和保持室内舒适温度所消耗的能量占世界年总能耗的30%以上。使用保温材料可以提高建筑的能源利用率，降低能耗。但传统的有机隔热材料普遍易燃，使用有机阻燃剂会对环境和人体健康造成危害，而无机隔热材料的导热性普遍较高。目前，虽然市场上使用的有机无机复合保温材料的阻燃性有所提高，但仍难以忍受长期的火焰侵蚀，因为随着聚合物基体的燃烧，单分散状态的无机组分会逐渐脱落，从而失去保护作用。

研究人员开发了一种具有树枝状微多孔结构的复合气凝胶，纤维尺寸为20 在纳米范围内，两种成分各成连续网络，实现纳米尺度有机无机成分的均匀分散。通过调节硅源的添加量，研究人员可以调节复合气凝胶的密度、无机含量、机械强度等物理参数，从而提高其结构的机械稳定性。该复合气凝胶能承受60%的压缩而不破裂，具有良好的机械强度和加工性；气凝胶的两部分具有很强的相互作用，并与其多孔性相协调，产生良好的保温效果。它不仅优于传统的商用泡沫聚苯乙烯、矿物棉等工业材料，而且在低温低湿度环境下保持良好的隔热效果。

此外，这种独特的双网结构还具有优异的耐火阻燃性和耐火焰侵蚀性。研究人员使用丙烷丁烷喷灯火焰(1.3万万C）和酒精灯火焰(500~60000C）用红外热成像仪检测气凝胶的耐火性，记录样品背面的温度变化。经过30分钟的，喷灯火焰下样品背面温度稳定在3万C酒精灯火焰下样品背面温度稳定在1500左右C随着有机成分的燃烧，二氧化硅网络暴露并附着在气凝胶表面而不脱落，继续发挥隔热作用。

研究表明，钢筋混凝土结构受热3500C上述强度会迅速下降，导致坍塌。使用这种新材料可以避免火灾期间建筑承载结构的失效，为人员撤离争取宝贵的时间。