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气凝胶

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气凝胶的工艺流程及干燥工艺有哪些?

发布时间:2019-01-30 19:37:18

       气凝胶是一种具有纳米多孔结构的新型材料,1931年由美国人Kistler.S.发明,因轻若薄雾蓝色泛蓝,又被称为“蓝烟”、“冻结的烟”,创下15项吉尼斯纪录,在热学、光学、电学、力学、声学等领域显示出许多奇特的性能,被称为改变世界的神奇材料,被列入20世纪90年代以来10大热门科学技术之一,是具有巨大应用价值的军民两用技术。

       气凝胶因成分不同,主要有二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶和碳气凝胶等。当前二氧化硅气凝胶的绝热性能最为引人注目,技术也最为成熟,国内外气凝胶的产业化发展大多围绕二氧化硅气凝胶绝热应用展开。

       气凝胶因纳米多孔网络结构,孔隙率高达80~99.8%,常温25℃导热系数可低达0.013w/(m•k),是迄今为止绝热性能最好的材料,在航空航天、石油化工、电力冶金、船舶车辆、精密仪器、冰箱冷库、服装帐篷、建筑节能等领域的有广阔的应用前景,是传统隔热材料革命性替代产品。 

   

气凝胶制作工艺流程

气凝胶制备包含以下过程:

气凝胶制备的典型工艺过程

 

 气凝胶制备的典型工艺过程

      气凝胶性能主要由其纳米孔洞结构决定,一般通过溶胶-凝胶工艺获得所需纳米孔洞和相应凝胶骨架,由于凝胶骨架内部的溶剂存在表面张力,在普通的干燥条件下会造成骨架的坍缩,气凝胶制备技术核心在于避免干燥过程中由于毛细管力导致纳米孔洞结构塌陷。

干燥

 

   

 对应地,为消除应力,一般可以从以下几个方面采取措施:

措施

减小应力主要措施

 

      根据干燥工艺的不同,主要分为超临界干燥工艺和常压干燥工艺两种,其他尚未实现批量生产技术还有真空冷冻干燥、亚临界干燥等。

      超临界干燥技术是最早实现批量制备气凝胶技术,已经较为成熟,也是目前国内外气凝胶企业采用较多的技术。超临界干燥旨在通过压力和温度的控制,使溶剂在干燥过程中达到其本身的临界点,形成一种超临界流体,处于超临界状态的溶剂无明显表面张力,从而可以实现凝胶在干燥过程中保持完好骨架结构。目前已经实现批产技术一般采用二氧化碳作为干燥介质,简称二氧化碳超临界干燥技术。

      常压干燥一种新型的气凝胶制备工艺,是当前研究最活跃,发展潜力最大的气凝胶批产技术。其原理是采用疏水基团对凝胶骨架进行改性,避免凝胶孔洞表面的硅羟基相互结合并提高弹性,同时采用低表面张力液体置换凝胶原来高比表面积的水或乙醇从而可以在常压下直接干燥获得性能优异的气凝胶材料。

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