氣凝膠材料的研究進展

方 赟，李 斌

(中國國際海運集裝箱(集團)股份有限公司，廣東深圳 518067)

0 前言

1 氣凝膠材料的結構和特性

隨著人們對氣凝膠材料研究的不斷擴大和深入，氣凝膠的結構和種類也得到不斷完善。根據氣凝膠材料的成分可大致分為：氧化物氣凝膠、碳化物氣凝膠、氮化物氣凝膠、有機氣凝膠、復合氣凝膠等(見表1)。

表1 主要氣凝膠類型和性能

氣凝膠是一種隔熱性能優異的固體材料，具有高比表面積、納米級孔洞、低密度等特殊的微觀結構(見圖1)，因此在隔熱保溫、吸附分離、生物醫用、光電催化、儲能轉化、吸聲隔音等方面表現出優異的性能(見表2)。

表2 氣凝膠的主要性能參數

圖1 氣凝膠的微觀結構示意圖

25 ℃時，空氣的導熱系數為0.024 W/(m·K),而SiO2氣凝膠的導熱系數可達0.013～0.016 W/(m·K)，在800 ℃高溫下，SiO2氣凝膠的導熱系數也僅為0.043 W/(m·K)，因此SiO2氣凝膠是目前隔熱性能最好的固態材料。氣凝膠的阻熱原理在于均勻致密的納米孔及多級分形孔道微結構可以有效阻止空氣對流，降低熱輻射和熱傳導，具體表現為：

(1) 無對流效應。氣凝膠氣孔為納米級，孔徑尺寸小于分子平均自由程，內部空氣失去自由流動能力。

(2) 無窮多遮擋板效應。納米級氣孔，氣孔壁無窮多，輻射傳熱降至最低。

(3) 無窮長路徑效應。熱傳導沿著氣孔壁進行，而納米級氣孔壁無限長，且接觸面積非常小。

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