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张信哲签约欧宝体育:纳米二氧化硅气凝胶简介
更新日期:2022-06-22 21:31:36 来源:欧宝体育登陆首页 作者:欧宝app官网下载

  气凝胶(aerogels)凡是是指以纳米量级超微颗粒互相纠合组成纳米多孔网 络布局,并正在搜集孔隙中充满气态分别介质的轻质纳米固态质料。气凝胶是一种 固体,可是 99%都是由气体组成,表观察起来像云雷同。气凝胶因其半透后的色 彩和超轻重量,有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。 最常见的气凝胶为二 氧化硅气凝胶。SiO2 气凝胶是一种防热隔热职能绝顶出色的轻质纳米多孔非晶 固体质料,其孔隙率高达 80-99.8%,孔洞的样板尺寸为 1-100 nm,比表面积为 200-1000 m2/g,而密度可低达 3 kg/m3,室温导热系数可低达 0.012 W/(m•k)。 恰是因为这些特色负气凝胶质料正在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有 很开阔的行使潜力。

  一、气凝胶发扬史册 早正在 1931 年,Steven.S.Kistler 就着手酌量气凝胶。 他最初采用的设施是用硅酸钠水溶液举办酸性浓缩,用超临界水再熔化二氧化 硅,用乙醇相易孔隙中的水后,应用超临界流体干燥技能造成了最初的真正意思 上的气凝胶。这种质料的特色是透后、低密度、高孔隙率。但受当时科研方法的 局限,这种质料的研造并没有惹起科学界的注意。 上世纪七十年代,正在法国政 府的帮帮下,Stanislaus Teichner 正在寻找一种用于存储氧和火箭燃料的多孔质料的 流程中,找到一种新的合成设施,即把溶胶- 凝胶化学设施用于二氧化硅气凝胶 的造备中。这种设施胀动了气凝胶科学的发扬。 以来,气凝胶科学和技能获得 了迅速发扬。1983 年 Arlon Hunt 正在 Berkeley 测验室浮现可用更安然、更低价的 二氧化硅气凝胶修造设施。与此同时,微布局质料酌量幼组浮现可器拥有更低临 界温度和临界压力的二氧化碳超临界流体庖代乙醇举动超临界干燥的流体,使得 超临界干燥技能得以向适用化阶段迈进。 八十年代后期,Larry Hrubesh 带领的 酌量者正在 Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) 造备了天下上最轻的 二氧化硅气凝胶,密度是 0.003 g/cm 3,仅有氛围的 3 倍。不久之后,Rick Pekala(LLNL) 造备了有机气凝胶,包含间苯二酚-甲醛气凝胶、三聚氰胺-甲醛气 凝胶。间苯二酚-甲醛气凝胶可以被热解获得纯碳气凝胶,该设施开创了气凝胶 酌量的新周围。 进入九十年代今后,对付气凝胶周围的酌量更为深化。据不 完整统计,近年来正在各式杂志上相合气凝胶的著作以达三千多篇。美国的 Science 杂志把气凝胶列为十大热点科学之一。 我国同济大学波耳固体物理研

  究所于 90 年代初正在国内率先展开了气凝胶的酌量使命,积聚了较为充分的体会。 其它,中科院物理与化学所、清华大学、山西煤化所、南京大学、中国科学技能 大学、国防科技大学、北京化工大学、武汉大学、大连理工大学等也于近期展开 了气凝胶方面的酌量使命。 总的来说,因为气凝胶高贵的造备本钱、质料本 身难以取胜的低强度、高脆性等过失成为限造其广博行使的瓶颈,于是也成为今 后各国科学家联合发愤冲破的症结。

  二、气凝胶的本质 1. 隔热性 SiO2 气凝胶质料拥有极低的导热系数,可达 到 0.013-0.016W/(m·K),低于静态氛围(0.024W/(m·K))的热导系数,比相应的 无 机 绝 缘 材 料 低 2-3 个 数 量 级 。 即 使 正在 800 ℃ 的 高 温 下 其 导 热 系 数 才 为 0.043W/(m·K)。高温下不判辨,无无益气体放出,属于绿色环保型质料。SiO2 硅气凝胶与种种耐热纤维复合后,可造成种种样子的保温质料。可广博用于工业、 修筑、管道、汽车、航天等周围。 2. 隔音性 因为硅气凝胶的低声速性格,它 照样一种理念的声学延迟或高温隔音质料。该质料的声阻抗可变范畴较大 (103-107 kg/m2·s),是一种较理念的超声探测器的声阻耦合质料。 发轫测验结 果说明,密度正在 300 kg/m3 阁下的硅气凝胶举动耦合质料,能使声强抬高 30 dB, 借使采器拥有密度梯度的硅气凝胶,可望获得更高的声强增益。 3. 非线性光学 本质 因为硅气凝胶的纳米搜集内酿成量子点布局,化学气相渗入法掺 Si 及溶液 法掺 C60 的结果说明,掺杂剂是以纳米晶粒的样子存正在,纳米矿晶和活性炭并视察到很强的可见 光发射,为多孔硅的量子局限效应发光供给了有力证据。应用硅气凝胶的布局以 及 C60 的非线性光学效应,可进一步研造新型激光防护镜。 4. 过滤与催化本质 纳米布局的气凝胶还可举动新型气体过滤,与其它质料区另表是该质料孔洞巨细 分散匀称,气孔率。

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