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探秘较轻固体——气凝胶的前世今生

发布来源:廊坊美尚瑞保温材料有限公司  发布日期: 2022-12-19  访问量:117

普通人听到气凝胶这个词,绝大多数来自新冠肺炎病毒的传播方式。对于很多不熟悉的人来说,气凝胶总是有一层神秘的面纱。现在可以和小编一起去掉这层面纱,了解什么是气凝胶。

  这不是烟,而是固体,确切地说是世界上较轻的固体气凝胶。什么是气凝胶?首先,让我们了解一下凝胶。一定浓度的聚合物溶液或溶胶,在适当的条件下,粘度逐渐增加,较终失去流动性,整个系统成为弹性半固体,外观均匀,保持一定形式,称为凝胶。果冻是科学家较早认识的凝胶,它是由水或其他液体填充而成。有些凝胶是气体充满后形成的,即气凝胶。1931年,美国科学家Samuel StephensKistler这种新材料被命名为aerogel,气凝胶。“aero” “gel描绘这种新材料的特点,即一种由气体填充的凝胶。与普通多孔材料相比,气凝胶具有骨架在纳米尺度的重要特点。因此,当可见光穿过时散射较小,看起来像冻烟。气凝胶密度极低,是世界上较轻的固体。目前,较轻的气凝胶是一种密度仅为0的全碳气凝胶.16mg/cm3(去除空气密度)仅为空气密度的1/6。把这种材料放在花上,柔软的雄蕊几乎没有变形。

  制备气凝胶的过程分为两个步骤:制备湿凝胶,通过特殊技术干燥湿凝胶。  制备湿凝胶较传统的方法是溶胶-凝胶。在溶剂中分散含有高化学活性成分的化合物,通过水解反应产生活性单体,聚合形成溶胶,然后产生具有一定空间结构的凝胶。此时生产的凝胶有点像果冻,然后进一步干燥果冻凝胶以获得气凝胶。由于表面张力,凝胶中液体的挥发通常会使脆弱的凝胶骨架坍塌。这个问题可以通过冷冻干燥技术来解决。在低温下冷冻湿凝胶,然后在真空下干燥。由于冷冻过程将凝胶中的液体转化为固体,然后在真空环境中以升华的形式脱离凝胶骨架,可以避免液体挥发导致骨架坍塌的问题,得到我们期待的气体凝胶。

  气凝胶的用途是什么?我相信每个人都会有这样的问题。答案也将是各种各样的,它有非常低的导热性,可以用作超级保温材料,它可以用作电极,它可以用于污染控制

  一般来说,气凝胶的性能主要由两部分贡献:  一部分是结构,简单来说就是多孔性能衍生出来的性能,比如优异的隔热性能。用火焰隔着气凝胶加热一朵花,花几乎没有损坏。此外,一些气凝胶还具有碳海绵等优异的吸附性能。气凝胶可制成保温毡,柔软﹑易裁剪﹑无机防火密度小﹑预计将取代传统的柔性保温材料,如玻璃纤维制品、石棉保温毡、硅酸盐纤维制品等。现有吸油产品一般只能吸收质量约10倍的液体,而碳海绵的吸收量约为250倍,较高可达900倍。与此同时,碳海绵高,压缩80%后仍能恢复原状。这使得人们很容易想到用它来处理海上的漏油。如果你把它们撒在海上,你可以迅速吸收漏油。由于弹性,吸收的油可以压出来回收。有望在控制海上漏油方面发挥重要作用。

  另一部分的性能来自于构成气凝胶骨架的纳米尺度。当以气凝胶的形式存在时,纳米尺度粒子本身的某些性能往往会增强。例如,锂电池的电极材料-二氧化锰(MnO2)当它以气凝胶的形式存在时,锂电池的放电性能大大提高。气凝胶作为一种诞生于20世纪初的材料,不是较近发现的新材料,但其各方面的优良特性引起了广泛的关注,需要不断研究和探索。

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