氣凝膠是一種具有納米多孔結(jié)構(gòu)的新型材料，1931年由美國(guó)人Kistler.S.發(fā)明，因輕若薄霧藍(lán)色泛藍(lán)，又被稱為“藍(lán)煙”、“凍結(jié)的煙”，創(chuàng)下15項(xiàng)吉尼斯紀(jì)錄，在熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)等領(lǐng)域顯示出許多奇特的性能，被稱為改變世界的神奇材料，被列入20世紀(jì)90年代以來(lái)10大熱門(mén)科學(xué)技術(shù)之一，是具有巨大應(yīng)用價(jià)值的軍民兩用技術(shù)。
氣凝膠因成分不同，主要有二氧化硅氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、氧化鋯氣凝膠和碳?xì)饽z等。當(dāng)前二氧化硅氣凝膠的絕熱性能最為引人注目，技術(shù)也最為成熟，國(guó)內(nèi)外氣凝膠的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展大多圍繞二氧化硅氣凝膠絕熱應(yīng)用展開(kāi)。
氣凝膠因納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔隙率高達(dá)80～99.8％，常溫25℃導(dǎo)熱系數(shù)可低達(dá)0.013w/(m•k)，是迄今為止絕熱性能最好的材料，在航空航天、石油化工、電力冶金、船舶車輛、精密儀器、冰箱冷庫(kù)、服裝帳篷、建筑節(jié)能等領(lǐng)域的有廣闊的應(yīng)用前景，是傳統(tǒng)隔熱材料革命性替代產(chǎn)品。
氣凝膠制作工藝流程
氣凝膠制備包含以下過(guò)程：
氣凝膠制備的典型工藝過(guò)程
氣凝膠性能主要由其納米孔洞結(jié)構(gòu)決定，一般通過(guò)溶膠-凝膠工藝獲得所需納米孔洞和相應(yīng)凝膠骨架，由于凝膠骨架內(nèi)部的溶劑存在表面張力，在普通的干燥條件下會(huì)造成骨架的坍縮，氣凝膠制備技術(shù)核心在于避免干燥過(guò)程中由于毛細(xì)管力導(dǎo)致納米孔洞結(jié)構(gòu)塌陷。
對(duì)應(yīng)地，為消除應(yīng)力，一般可以從以下幾個(gè)方面采取措施：
減小應(yīng)力主要措施
根據(jù)干燥工藝的不同，主要分為超臨界干燥工藝和常壓干燥工藝兩種，其他尚未實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)技術(shù)還有真空冷凍干燥、亞臨界干燥等。
超臨界干燥技術(shù)是最早實(shí)現(xiàn)批量制備氣凝膠技術(shù)，已經(jīng)較為成熟，也是目前國(guó)內(nèi)外氣凝膠企業(yè)采用較多的技術(shù)。超臨界干燥旨在通過(guò)壓力和溫度的控制，使溶劑在干燥過(guò)程中達(dá)到其本身的臨界點(diǎn)，形成一種超臨界流體，處于超臨界狀態(tài)的溶劑無(wú)明顯表面張力，從而可以實(shí)現(xiàn)凝膠在干燥過(guò)程中保持完好骨架結(jié)構(gòu)。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批產(chǎn)技術(shù)一般采用二氧化碳作為干燥介質(zhì)，簡(jiǎn)稱二氧化碳超臨界干燥技術(shù)。
常壓干燥一種新型的氣凝膠制備工藝，是當(dāng)前研究最活躍，發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮臍饽z批產(chǎn)技術(shù)。其原理是采用疏水基團(tuán)對(duì)凝膠骨架進(jìn)行改性，避免凝膠孔洞表面的硅羥基相互結(jié)合并提高彈性，同時(shí)采用低表面張力液體置換凝膠原來(lái)高比表面積的水或乙醇從而可以在常壓下直接干燥獲得性能優(yōu)異的氣凝膠材料。