气凝胶简介.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,气凝胶简介,源自太空任务的高科技材料,掀起绝热保冷新革命,气凝胶的发展历程,1931,年，美国斯坦福大学,Kistler,通过水解水玻璃首次制备得到气凝胶。,1985,年，德国维尔兹堡大学物理所组织召开首届,“,气凝胶国际研讨会,”,简称,ISA,。,1993,年，气凝胶被应用到宇航服、太空飞船、航天飞机等。,2006召开了第八界ISA,会议,，,气凝胶,的,制备及其表征有了较大的进步。,气凝胶的结构与制备,凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，所以气凝胶也被称为干凝胶。,荷叶效应,气凝胶特性,Samuel Stephens,Kistler,1931,年发明,最轻的固体：,0.03 kg/m,3,孔径率最高的纳米孔材料：,90%,99.8%,拥有最大比表面积：,200-1000 m,2,/g,热导率最低的固体材料：,TC=12,mW,/,mK,隔热，透明，憎水，防震，隔音,化学性能稳定：等同于玻璃（,SiO,2,),气凝胶块,纳米多孔SiO,2,气凝胶以其独特的结构可有效的阻止热量的传输的，常温常压下热导率小于0.013 W/mK，比静止空气的热导率（0.026 w/k,m）还低,，,是目前热导率最低的固体材料,，,可称为超级绝热材料,。,SiO,2,可在高温下稳定工作，最高使用温度可达1400，高温下不分解，无有害气体放出，属于绿色环保型材料,对流：,当气凝胶材料中的气孔直径小于,70nm,时，气孔内的空气分子就失去了自由流动的能力，相对地附着在气孔壁上，这时材料处于近似真空状态。,辐射,：由于材料内的气孔均为纳米级气孔再加材料本身极低的体积密度，使材料内部气孔壁数日趋于“无穷多”，对于每一个气孔壁来说都具有遮热板的作用，因而产生近于“无穷多遮热板”的效应，从而使辐射传热下降到近乎最低极限,热传导：,由于近于无穷多纳米孔的存在，热流在固体中传递时就只能沿着气孔壁传递，近于无穷多的气孔壁构成了近于“无穷长路径”效应，使得固体热传导的能力下降到接近最低极限,气凝胶保温绝热原理,气凝胶在太空任务的应用,绝缘,俄罗斯“和平号”空间站,“,火星漫步者”，抵挡入夜,-100,超低温,美“火星探路者”探测器,（保护机器人电子仪器设备）,“,星尘计划”,美宇航局星尘计划首席,科学家,邹哲,星尘计划模拟图,NASA的彗星灰尘俘获器，装置了气凝胶,彗星离子速度极高,一般的材料很难捕捉得到。而硅气凝胶质量较轻,透明度较好,可升入太空准确确定这些高速粒子的位置,且其表面积大、热导率低对磁和紫外辐射的抵抗能力强,不受其它粒子的腐蚀,在太空中是不可替代的首选材料。目前在“开创火星”任务中使用的就是硅气凝胶,而且收集气凝胶颗粒可用于保护太空镜。,美,宇航服气凝胶材质的隔热内里,该夹层约,18,毫米厚度,能够帮助宇航员承受抗击,1400,的高温,-130,的超低温,宇宙飞船重返地面,高速飞行中承受大气层剧烈摩擦,气凝胶隔绝千摄氏度高温,保障航天器安全返还,军 事 应 用,美,DDG51,驱逐舰,船舶保温，如锅炉、舱壁、舱体、甲板、,热力源、管道、烟囱和甲板等,.,气凝胶材质透明，光线可自由透射,.,低折射率，对入射光几乎没有反射损失，太阳光透过率高达,87%,.,纳米孔状材料，内部存在大量微小孔洞，孔隙率在,80%99.8%,。布满了无限多的孔壁，而这些孔壁都是辐射的反射面和折射面，极大地阻滞了辐射的热量散失。,太阳能利用,：,因此气凝胶特别适合于用作太阳能集热器及其它集热装置的保温隔热材料，当太阳光透过气凝胶进入集热器内部，内部系统将太阳光的光能转化为热能，气凝胶又能有效阻止热量流失,。,家电,的利用：,用块状、颗粒状或粉末状的气凝胶取代氟里昂发制的聚氨酯泡沫作为冰箱等低温系统的隔热材料，可以防止氟里昂气体泄漏破坏大气臭氧层，从而保护人类的生存环境。,气凝胶的热学特性及其应用,美总统奥巴马视察,拉斯韦加斯,的,内利斯,空军基,太阳能电池板,新型太阳能热水器,集热效率提高,1,倍,热损失下降到现有水平的,30%,以下,英,美洲豹战斗机,机舱隔热层,美,鱼鹰直升机,舱壁隔热和红外线屏蔽,6mm,气凝胶能够承受1kg,烈性炸药爆炸,不变形、不损坏,且硬度、韧性可调节,与特殊材料复合可优化提升性能,军用车辆外部装甲,特性：高孔隙率、高比表面积,强力吸附剂,效果优于活性炭,防毒面具、动物房除臭等,与传统隔热材料相比，SiO2,（二氧化硅）,气凝胶隔热材料可以用更轻的质量、更小的体积达到更好的隔热效果，这一特点在航空、航天应用领域具有极大的优势。,气凝胶可以作为飞机上使用的隔热消音材料。据报道，航天飞机及宇宙飞船在重返大气层时要经历数千摄氏度的白炽高温，保护其安全重回地球的绝热材料正是SiO2气凝胶。美国NASA在“火星流浪者”的设计中，使用了SiO2气凝胶作为保温层,用来抵挡火星夜晚的超低温。,工业设备及管道的保温,锅炉、炼解炉、干燥机和窑的保温,导管、烟道的保温,沉淀器,/,过滤器的内衬的保温,储罐的保温,汽轮机的保温,蒸馏塔的保温,流程管道的保温,冷流程管道的保温,容器保温,阀门箱和其他松散填充材料的保温,管道设备保温的实物图,相同保温效果，与传统材料的对比,石油石化行业,稠油开采环节：饱和蒸汽、过热蒸汽、热水,卡拉玛依油田、辽河油田、河南油田,开发南海油气,保卫领海主权,未来深海油气的开采应用气凝胶是必然趋势,输油管道的截面比较,LNG,(,液化天然气,),绿色环保、改善能源结构,LNG(,液化天然气,),-162,聚氨酯发泡，,0.024 W/(Km,）,气凝胶，,0.012W/(Km,）,气凝胶复合材,料,应用在石油冶炼，储存和管道输送上,安装示意图,气凝胶复合材,料,应用在暖气管道上的效果图,一层,6mm,厚的,气凝胶复合材,料,可使热水管的温度从,86,度降到,30,度,包裹在汽车的发动机上,应用在高速列车上,包裹在储油罐上,铺在地板上,房屋隔热效果对比,冷藏集装箱、保温集装箱,罐式集装箱,特殊集装箱,救生舱隔热层内部结构示意图,气凝胶进军时尚界,Hugo boss,“,零夹层”气凝胶纤维,3mm,防风衣,（,40mm,羽绒服）,碳纤维加气凝胶内底,英,安妮,怕你特尔征服喜马拉雅山,气凝胶材质帐篷,适用于极低恶劣环境,南极洲、北极圈探险队专用,防水、透气、质轻、保温,气凝胶的体育竞技系列,韧性,轻质,拉伸强度,结构力度,邓普禄,气凝胶,255,网球拍,其它应用领域,汽车电池组、保温,汽车电池组保温，发动机及排气管隔热,城市高级建筑墙体保温,炉体保温,气凝胶复合材料,美国环保署证实：,气凝胶作为非晶体硅,无毒性，无诱变，不腐蚀,无致癌作用,硅进入人体不起化学反应，不被人体吸收,非刺激性物质,不影响人体健康,气凝胶的优势,A.,导热系数低,B.,密度小,C.,持久耐热、防火性能,德国,DIN5510-S5,级、建筑不燃性测试,GBT 5464,D.,疏水性能,E.,经久耐用,F.,绿色环保,G.,保护设备、便于施工等,阿仑尼乌斯,研究方法测试热老化,20,年后收缩,1%,使用寿命,（等效性实验）,600,3h,气凝胶作为耐高温的无机材料。,使用前后能够保持不粉化、不脆化、不老化。,不支持霉菌生长，综合性能长期保持不变。,使用年限，与建筑物同寿命。,back,气凝胶热毡性能特点及对比,国家玻璃纤维产品质量监督检验中心,导热系数（,25,）测定值为,0.014W(m,K),施工方法,目前国外的价格为2,0-30,美元,/,平方米（,6mm,）,目前国内的价格为,220-300,元,/,平方米（,6mm,）,