氣凝膠在高分子復合材料制備中的應用分析

孫文濤

摘要：氣凝膠是新型的納米級的多孔材料，有著自己特殊的結構。氣凝膠中的分散物質一般為氣體，將該氣體填充在三維網格的結構縫隙中間。高分子復合材料性能非常高，因此制備過程中的要求也比較高。氣凝膠是一種具有網絡結構的材料，有低熱傳導的特點，按照這些特點，氣凝膠被用于油水分離、催化載體以及氣體吸附等方面。

關鍵詞：氣凝膠;復合材料;油水分離

1氣凝膠的制備

氣凝膠的制備方法包含環氧化物法、水熱法以及溶膠凝膠法。水熱法赫爾環氧化法的應用非常少，只能夠用于指定的氣凝膠材料制備過程，大多數都不能用該方法制備。用溶膠凝膠法來制備氣凝膠的方法應用范圍非常廣，是制備氣凝膠材料的主要方法。

溶膠凝膠法的制備過程為：在反應溶液中首先形成初次粒子，通過他們之間的相瓦碰撞形成了三維的網絡結構凝膠。上面的三種反應過程都是同時發生的，溶膠凝膠法的制備方法包含三種：第一，凝聚法即聚合物單體發生在溶液中通過聚合或者是共聚的方式形成凝膠;第二，膠體本身的粉末經過溶膠之后就會發生凝膠化;第三，鹽類的前驅體通過水解過程形成溶膠之后進行干燥制成凝膠。

2氣凝膠以及其復合材料的應用分析

氣凝膠從本質上來說是一種比較特殊的納米材料，所以，從這個角度來看，氣凝膠有著非常多的優點，例如，較高的孔隙率、相對比較低的熱導率，密度較低而且透明性較其他材料較好。正因為氣凝膠及其復合材料有著這樣的優勢，所以，才被廣泛地應用在水處理、力學、光學等領域。

2.1氣凝膠在隔熱保溫方面的應用分析

隔熱材料在各個方面都有著非常廣泛的應用，從字面意思上看，隔熱材料主要是對熱量的傳遞起到有效的阻隔作用，隨著建筑行業的發展，阻礙熱傳遞的功能性材料越來越被廣泛地應用在建筑行業中。其中，氣凝膠一般是可以作為一種隔熱板的應用在建筑物的外墻部分，不但能夠起到良好的效果，而且還有助于建筑成本的降低。不僅如此，在建筑行業中，氣凝膠還可以對氣體的運輸管道進行保溫，并對管道起到良好的保護作用。

從物理學的原理上來看，氣凝膠的熱傳導作用主要是通過輻射傳導、氣態傳導以及固態傳導這三個方面組成，氣凝膠是具有納米結構的一種材料，在常壓的條件下，氣凝膠材料的孔隙內的氣體對于熱傳導的貢獻是低于O.O1W/mk的，此外，氣凝膠的密度比較低，可以有效地限制由局域所激發的傳播，而且在固態傳導的方式之下，其傳導率非常小，和玻璃材質的材料相比，固態的傳導率要低3個數量級。不僅如此，氣凝膠的耐高溫的性能非常好，當外界溫度即使達到800℃的條件下，氣凝膠的結構、性質等方面也不會發生顯著的變化，甚至一些氣凝膠還能承受了2000℃的高溫。

2.2氣凝膠在聲學方面的應用

在聲學的應用方面，多孔材料有著非常廣泛的應用。在噪音的防治原理中，各種雜亂無章的聲波如果在傳播的過程中碰到了多孔的材料之后，就會因為反射作用的存在而使得聲波被削弱，剩余的聲波會接著在多孔材料中接著傳播和削弱，在這個物理現象中，聲波所產生的振動和孔壁與界面發生一定的摩擦作用，使得聲波轉變成為熱能進而消失。結合這一物理反應的特點，我們可以看到，氣凝膠有著較高的比表面積和孔隙率，那么將氣凝膠運用在聲學的方面就可以對聲波的傳播阻隔效果更強，所以，氣凝膠越來越被廣泛地應用于城市建筑物之中。

2.3氣凝膠在電學方面的應用

從氣凝膠的物理特性來看，氣凝膠的介電常數是比較低的，不僅如此，氣凝膠的介電常數還具有很強的可調控性，所以，氣凝膠往往是被作為一種襯底的材料被廣泛應用于集成電路之中。從物理學的原理來看，集成電路的襯底材料所應具有的介電常數和電子的運算速率是呈現反比例的關系的，也就是說，介電常數越大，其運算的速率也就越慢。而氣凝膠材料的介電常數是非常小的，這對于提高電子的運算速率有著非常好的效果。不僅如此，氣凝膠還有一大優勢就是它還是一種電絕緣的材料，這樣就可以杜絕電路漏電的可能性。

2.4氣凝膠在水污染處理方面的應用

水是人類賴以生存的重要資源，尤其是近些年水質量的惡化，使得人們越來越重視到水資源質量的重要性。隨著我國工業化的發展，一些企業為了追求自身的經濟效益，往往把污染的廢水排人河流和海洋之中，對人們的身體健康造成了巨大的威脅。而將氣凝膠材料應用于水污染處理中有著非常好的效果。其優勢主要在于氣凝膠材料不僅不會對水資源造成污染，而且吸附污染物有著快速的效果，更主要的是氣凝膠的價格低廉。其主要的原理為，氣凝膠具有多孔性的特點，因此具有一定的吸附特性，材料的表面分子受到了不均勻的作用力，在這種力的作用下使得材料的表明發生了吸附的現象。當多孔性的聚合物的表面和溶液進行接觸時，多孔材料表面的自由場吸引力會吸附溶液分子，這樣，被吸附的溶液分子在自身熱運動的作用下，會進一步擺脫多孔材料對其的吸附作用，形成了脫附的現象，而且該材料的脫附效率和吸附效率是相等的，所以氣凝膠材料不僅不會對水資源造成污染，而且吸附污染物有著快速的效果，在水污染的處理中有著非常廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]郭海濤.導電高分子氣凝膠的可控制備及性能研究[D].北京：北京理工大學，2016.