以水玻璃为原料制备的纳米多孔材料及保温隔热特性研究.pdf

～eni自a ●中国无矶盐(专TU)● oq 以水玻璃为原料制备的纳米多孔 材料及保温隔热特性研究 倪星元㈠ 张原禧‘21 刘光武… 张志华‘11 沈军 ([I：同济大学波耳固体物理研究所上海200092 2]山西天一纳米材料科技有限公司 山西晋中030600) 摘要：纳米多孔材料以水玻璃为原料，栗用溶胶一凝胶的方法进行制备。通过酸碱二步法催化等多 种优化的工序，使材料的气孔率和比表面积增高，孔径足寸和热导卑下降，这种称之为气凝胶的材料具有 多扎纳米结构，其孔洞率最高可逃90％以上，孔径尺寸仅几十纳米，比表面积太于600era2／g，在500屯时的 热导率低于0035w／ink，是目前保温性能最佳的固态材料。探讨了相关的保温隔热的机理，认为硅材料车 身的热传导系数很低，当具有很高的孔洞率和低的体积密度时就能非常有效地阻隔热量的固体传导和气 体传导；特别当孔径小于红外波长时绝热效果将有本质上的突变和提高。 为研究这种材料的保温隔热和克服机械强度不够特性进行了纳米多孔材料和硅酸钙及有机硅树脂复 合的研究．制备了兼有很好保温性能和机械性能的保温隔热固体和柔性薄膜。 l引言 在现代的科学和技术中．高效轻质的保温隔热 材料一直是人们所关注和期望的。众所周知氧化 硅是传统的保温隔热材料，而新近研究表明SiO， 气凝胶性能优秀，足值得首选的保温隔热材料“。 早在上世纪三十年代就有人研究s-02气凝胶， 并发现了其具有较低热导率的特性”，但没有引起 足够的重视．直到八F年代以后，SiO，气凝胶作为 种有效的保温隔热材料再次引起人们的※趣”， 可广泛用作于棱设施和器件、航空航天器殛各种地 面、地下、水面、水下的交通工具，建筑没施，工、农 圈1 SiO，气凝胶结构图 1 schematic ofthe 业设备等的保温隔热体料。 Fm d嘲ripGon m一ⅢcrIlT℃of∞bc“ 气凝胶结构特征是拥有高通透性的圆筒形多 H…js 分枝纳米多孔三位网络结构，拥有极高孔洞率、极 气凝胶通常是由溶胶一凝胶法结台超临界干 低的密度、高比表面积、超高孔体积率，其体密度在 燥制备而成的，现在采用常压干燥的办法也可以取 o003一o 得较高性能的纳米多孔气凝腔材料。溶胶一凝腔 5009／era’范围内可调，(空气的密度为 0 过程中的各组份配比是一个很重要的影响因素，它 001299／em’)。图1为二氧化硅气凝腔的结构 示意图。 不仅使前驱体在反应韧期能混台均匀．并且在很大 程度上影响r最终形成的气凝胶的颗粒及骨架的 形态。另外，由于凝胶制成气凝胶时体积的收缩与 作者i自Ji倪g元同济太学*耳固体物日研究所高级I程师从事功能材料专业 ●，学研● 凝腔体积成正比，因此，4C凝胶的体积和密度就与 耐温高，绝热性能也较好：在聚酰Ⅱ胺薄膜的另 前期的溶腔凝胶过程有很九关系： 而采用热蒸芷键铝(AI)的方洼制备具有高反射性 硅材料本身的热传导系数{日低．,fi具有，艮高的 能的金属层．以达到有效地减少辐射热， 扎洞半和低的体积密度时就能I#常有效地阻隔热 镕《 量的固体传导自』7t体传导。特驯当孔径小于红外 餐瓣；￡襞“ 波长时绝热效果将有本质上的突变和提高SiO： 气凝腔的这种保温隔热敛果与材料本身议低的体