性,这种材料的研究并没有引起科学界的重视。直到七十年代,在法国政府的支持下,一种
新的二氧化硅气凝胶合成法被找到了,从而推动了气凝胶科学的发展。此后,气凝胶科学和
技术得到了快速的发展,各加安全廉价的二氧化硅气凝胶制作方法被发明。八十年到后期,
有机气凝胶的诞生,开创了气凝胶研究的新领域。进入九十年代后,RF气凝胶首次被成功的
制备。经过几十年的发展气凝胶的研究更加深入,目前已成为热门科学之一。2005 年, NASA
开始准备将气凝胶隔热材料应用在金星宇宙飞船的热防护系统中. 至今为止, NASA 对气凝胶
的研究报道从未间断[3]
. 此外, 气凝胶作为新型隔热材料, 在民用及现代工业等领域同样有
着越来越多的应用.Cuce 等人[4]
对气凝胶材料的热传递性能进行了分析,并对气凝胶材料在各
类建筑中的应用进行了较为全面的总结回顾, 同时, 他们也对气凝胶材料的经济性以及未来
的发展进行了分析. 鉴于上述背景, 在传统隔热材料难以满足现代工业、航空航天等提出的
高要求情况下, 对新型纳米孔隔热材料——气凝胶, 特别是气凝胶复合隔热材料内部的热量
传递方式进行研究并建立气凝胶复合隔热材料传热计算模型, 对于预测气凝胶复合隔热材料
的隔热性能具有重大的理论价值. 同时, 分析材料内部的热量传递机理并掌握材料内各个影
响因素对传热性能的影响规律, 也可为进一步优化材料设计以及研制耐高温、轻质、高效隔
热材料提供可靠的理论支撑.”
国内同济大学也早在上世纪九十年代起开始关于气凝胶的研究,与德国大学进行合作开
展气凝胶的系列研究。另外中科院、北京科技大学、南京大学等高校和研究所也发表了关于
气凝胶的论文。但依然处于起步阶段,没有深入应用性研究领域。
国内气凝胶研究存在的问题:(1)生产工艺简陋,成品质量较差,不能生产超低密度的
气凝胶,与美国生产水平相差较远;(2)制作工艺是唯一可以控制气凝胶质量的方法,这也
限制了国内开展纳米材料的研究。 1.2 气凝胶的特点及应用
(1)光学性质
由于对蓝光和紫光透明硅气凝胶有较强瑞利散射,所以样品通常呈淡蓝色,因此气凝胶也
常被称为蓝烟。气凝胶的折射率几乎接近 1,对入射光几乎没有反射损失,能有效透过太阳
光,并阻止环境的热红外辐射[5]
。其具有良好的透光度,可用于制造特殊环境中使用的透镜。
(2)吸附性能
环保是新型气凝胶的第二个重要作用。气凝胶有较大的孔隙率这导致其表面有大量的小
孔,气凝胶又称为“超级海绵”,可以作为理想的吸附材料。美国劳伦斯•里弗莫尔国家实验
室(LLNL)将其研制的二氧化硅气凝胶应用于 Cerenkov 探测器。Plata等发明了一种能对氧气
浓度的改变做出迅速反应的气凝胶光学传感器
(3)优异的透明隔热材料
气凝胶是一种低密度多孔性的非晶体固体材料, 通过溶胶-凝胶工艺和超临界干燥法制备
而成。其孔隙结构以及骨架尺寸均处纳米量级,平均孔径低于空气分子的平均自由程,因而
气相热导率低于自由空气的热导率[6]
;气凝胶的孔隙率高达 80%-99.8%,固相比很低,固相导
热路径近乎无穷大;颗粒尺寸为纳米量级,阻碍声子的导热;内部结构近似于点接触,解除
热阻大[7]
。这四个因素导致气凝胶热导率低。
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