氧化硅气凝胶隔热复合材料研究进展

氧化硅气凝胶由于纤细的纳米结构,具有极低的热导率,是一种新型轻质保温隔热的理想材料。但其力学性能和高温遮挡红外辐射能力差限制了气凝胶在该领域的应用。通过添加增强体和遮光剂研制气凝胶隔热复合材料是主要的解决方法。本文综述了近年来气凝胶隔热复合材料的制备方法,重点分析了气凝胶复合材料在力学性能和隔热性能方面的研究进展,并指出了存在的问题,对今后的研究提出了展望。     

耐高温氧化铝气凝胶隔热复合材料研究进展

氧化铝气凝胶是一种高孔隙率、低密度、高比表面积、耐高温和低热导的纳米多孔材料, 在高温隔热领域(如航天飞行器热防护系统、工业窑炉保温材料等)具有广阔的应用前景。但是, 纯氧化铝气凝胶因耐温性(1000 ℃以上)、力学性能和高温隔热性能相对较差难以直接应用, 需要引入增强相和遮光组分制备成气凝胶复合材料以进行改善。本文对耐高温氧化铝气凝胶的制备、氧化铝气凝胶隔热复合材料的制备及性能等方面的最新研究进展进行了综述。研究人员通过原位掺杂改性、沉积改性、有机链和炭涂层改性等方法提高了氧化铝气凝胶的热稳定性。在氧化铝气凝胶中引入晶须、颗粒、多孔骨架和纤维等增强相, 能够大幅提高其力学性能; 纤维和遮光剂的协同作用, 能够提高氧化铝气凝胶抑制红外辐射的能力, 显著降低高温热导率。本文还提出了后续的研究方向：对氧化铝气凝胶的密度、微观结构进行精细调控, 再引入合适的异质元素和遮光剂,以进一步提高气凝胶的热稳定性和复合材料的隔热性能;深入研究复合材料在高温下结构和性能的演化, 以及氧化铝气凝胶和增强相之间的相互作用。作为一种新型的隔热材料, 氧化铝气凝胶复合材料将在高温隔热领域发挥其优势并逐步实现广泛应用。     

二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备与应用

介绍了二氧化硅(SiO2)气凝胶的结构特点及隔热性能;对二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备方法及其应用前景进行总结并作了适当的评述;探讨了该领域今后的研究方向。     

注浆成型-常温常压干燥制备隔热块体材料

以二氧化硅气凝胶为基体,二氧化钛为红外遮光剂,E玻纤为骨架制备出有一定压缩强度的隔热块体材料;分别测样品的压缩强度R、热导率λ和常温(25℃)体积电阻率ρ.结果表明:pH=8～9时,含水料浆的分散情况较好;经过730℃处理0.5h的样品,与美国材料与试验协会的标准ASTM C533-85比较,R值0.41MPa符合,密...     

掺杂TiO2对硅气凝胶高温绝热性能的影响

以TiO2作为红外遮光剂,采用溶胶凝胶工艺,研究了遮光剂添加量、超声功率和时间、pH值等对硅气凝胶性能的影响,从而制备出具有高温绝热性能的硅气凝胶。利用扫描电子显微镜(SEM),BJH比表面积及孔结构测定,红外线光谱分析仪(FT-IR)等手段对所得样品进行表征。结果表明:当TiO2掺量为5%时,表观密度为0.122g/cm3,比表面积497.23m2/g,平均孔径24.8nm,孔隙率高达95%。     

耐高温二氧化硅气凝胶复合材料制备及其导热研究

以二氧化硅溶胶为前驱体,利用树脂转移模塑成型(Resin transfer molding,RTM)工艺制备了二氧化硅气凝胶复合材料.对制备的气凝胶复合材料进行了结构表征;对气凝胶复合材料的隔热性能和耐高温性能进行了试验考核,结果显示,20 mm厚材料经过900℃、1000 s的石英灯考核后背温为186℃,材料经过1100℃、1000 s的马弗炉试验后线收缩率为1.2％,该气凝胶复合材料具有优良的隔热性能和耐高温性能.研究了温度对气凝胶复合材料导热的影响,结果表明,气凝胶复合材料的导热系数随温度的升高逐渐增大,900℃导热系数为室温的5倍.研究了气体环境对气凝胶复合材料导热的影响,发现氮气环境下气凝胶复合材料的导热系数随温度的变化与空气环境基本相同.     

遮光剂掺杂Al2O3-SiO2气凝胶/莫来石纤维毡复合材料的高温隔热性能研究

分别以TiCl₄和ZrOCl₂·8H₂O作为钛源和锆源, 经过溶胶-凝胶和超临界CO₂干燥过程, 将遮光剂粒子TiO₂和ZrO₂掺入到Al₂O₃-SiO₂气凝胶, 并进一步以莫来石纤维毡为增强相制备出具有一定力学性能的耐高温气凝胶复合材料, 分别探究了两种遮光剂粒子对复合材料的微观结构、力学性能和热导率的影响。结果显示: 遮光剂粒子的引入可以有效阻止气凝胶在高温下的塌陷和团聚, 保持气凝胶高孔隙率的特性; 复合材料呈现典型的气凝胶填充纤维结构, 并且具有轻质(0.21~0.24 g·cm^-1)和高强度(弯曲强度为0.98~1.26 MPa)的优异性能, 拓展了材料的实用性; 在 1050℃的高温下, 由于 TiO₂ 和 ZrO₂ 粒子对红外电磁波具有吸收和散射作用, 可以将复合材料的热导率由0.098 W·m^-1·K^-1分别降低至0.085 W·m^-1·K^-1和0.076 W·m^-1·K^-1, 从而有效提高材料的高温隔热性能。     

不同硅源制备二氧化硅气凝胶的研究进展

硅源作为溶胶-凝胶法制备二氧化硅气凝胶前驱体的重要组成部分,对获得结构完整、性能优良的二氧化硅气凝胶以及构建满足不同应用需求的二氧化硅气凝胶至关重要。考察了制备二氧化硅气凝胶所用的单一硅源、复合硅源以及功能性硅源对气凝胶的形貌及物理性能的影响,并对3类不同硅源制备二氧化硅气凝胶进行了综述。     

聚酯纤维增韧二氧化硅气凝胶的制备及其性能

二氧化硅气凝胶作为一种轻质、多孔的新型纳米材料,由于其结构的独特性及优异的隔热性能,使其在高温隔热、吸附、催化等领域具有广阔的应用前景。对二氧化硅气凝胶的应用开发具有重要意义。以二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMTS)为混合硅源,甲醇和水为溶剂,在原有的高疏水性基础上进一步以聚酯纤维为增强相,通过溶胶-凝胶及常压干燥等步骤,实现了增韧SiO2气凝胶复合材料的制备。所得气凝胶平均孔径约为5～10μm;气凝胶的孔容约为5.52cm~3/g;最高抗压力在6 MPa左右;重复吸附次数可达30次以上,最佳吸附为6.5g/g;有望在吸附材料等领域得到应用。     

二氧化硅气凝胶的生产及应用现状

二氧化硅(SiO2)气凝胶是一种防火隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料,具有低密度、低导热系数、高孔隙率、高比表面积等优异性能,在管道保温隔热、隔热涂料、节能玻璃、管道防腐、吸附催化等领域具有广泛的应用前景.SiO2气凝胶的孔隙率高达80％～99.8％,孔洞的典型尺寸为1～100nm,比表面积为200～1 00...     

纳米SiO2多孔陶瓷的绝热性能

本文制备了纳米SiO2多孔陶瓷材料,并引入红外遮光剂提高其在高温下的绝热性能。利用场发射扫描电镜、比表面积及孔隙度分析仪、傅里叶红外分析仪和背温试验等方法对该材料的微观结构及绝热性能进行分析,并重点研究了红外遮光剂的作用机理。当添加质量分数为20%、平均粒径为1.07μm的六钛酸钾(K2Ti6O13)作为遮光剂时,试样的最大有效消光系数从19.5m2/Kg提高到60.6m2/Kg,热面温度为600℃的试样的背面温度从252℃降低到148.9℃。红外遮光剂的加入能有效散射和反射红外辐射,显著提高试样的有效消光系数,改善该材料的高温绝热性能。     

无机纤维增强SiO2气凝胶隔热复合材料的研究进展

SiO_2气凝胶因其独特的纳米孔结构而具有低密度、低热导率等特点,具备成为高效隔热材料的潜力,然而SiO_2气凝胶的力学性能较差,极大地限制了其在隔热领域的应用。采用无机纤维作为增强体,制备的SiO_2气凝胶复合材料同时具有较好的力学和隔热性能,是目前国内外高性能隔热材料的研究热点之一。综述了无机纤维增强SiO_2气凝胶隔热复合材料的制备方法及其研究进展,并展望了其未来发展方向。     

氧化铝气凝胶的合成与性能

氧化铝气凝胶具有大比表面积、高孔隙率以及比氧化硅气凝胶更优异的热稳定性, 在高温隔热和催化领域有广阔的应用前景, 但其复杂的合成工艺和较低的强度限制了其应用。本文首先介绍氧化铝气凝胶合成工艺, 指出溶胶-凝胶过程中存在的问题, 不同干燥方式的特点以及最新发展的干燥工艺; 然后介绍了近年来氧化铝气凝胶在比表面积、热稳定性、强度、导热系数等性能改善方面所取得的代表性研究成果; 最后介绍了氧化铝气凝胶在高温催化、隔热领域的应用, 并展望了未来氧化铝气凝胶的发展方向以及应关注的问题。     

常压干燥制备SiO2气凝胶复合材料研究进展

SiO_2气凝胶复合材料具有低密度、低热导、高强度等优异性能,已在航空航天、石油化工、建筑保温等领域获得较好应用。然而现有成熟的超临界干燥制备SiO_2气凝胶复合材料工艺需要维持高温、高压条件,能耗高、危险性大且设备复杂,常压干燥制备工艺由于所需条件温和、设备简单,有望实现连续性规模化生产。本文结合国内外关于常压干燥制备SiO_2气凝胶复合材料的研究进展,按照颗粒、纤维等增强相的不同,对常压干燥制备SiO_2气凝胶复合材料进行综述并对其未来发展方向进行了展望。     

纳米SiO2粉体基隔热材料的混合和成型方法研究进展

纳米SiO₂粉体基隔热材料是一种新型高效隔热材料,具有高气孔率、低密度、低热导率、耐高温等特点,其性能与SiO₂气凝胶相类似,被广泛应用于航空航天、冶金、化工、建筑等领域。在纳米SiO₂粉体基隔热材料的制备过程中,混合和成型方法对材料的力学性能和隔热性能影响较大。因此,本文概述了纳米SiO₂粉体基隔热材料的混合和成型方法的研究进展,分析了各种混合和成型方法的特点及其影响因素,讨论了目前存在的主要问题以及未来的研究方向。     

Theoretical Modeling of the Radiative Properties and Effective Thermal Conductivity of the Opacified Silica Aerogel

In this paper, we investigate the radiative properties and the effective thermal conductivity (ETC) of the opacified silica aerogel by theoretical method. The radiative properties of the opacified silica aerogel are obtained by the modified Mie Scattering Theory that is used for particle scattering in absorbing medium. The modified gamma distribution is used to take account of the non-uniformity of the particle size. The solid thermal conductivity of the composite material is obtained by considering the scale effect of the particles. Based on these calculated thermophysical properties the coupled heat conduction and radiation through the evacuated opacified aerogel are solved by the finite volume method. And the radiation flux is computed by the P-1 approximation combined with the gray-band model. Results show that, the calculated thermophysical properties of the TiO₂-doped silica aerogel are close to the experimental data. The optimal mean radius for the largest radiation extinction of the SiC particles is about 1μm. The presented data of optimal doping amount of the SiC particles at different temperature conditions for the evacuated silica aerogel is very useful for thermal insulation material design.     

Aramid fibers reinforced silica aerogel composites with low thermal conductivity and improved mechanical performance

Aramid fibers reinforced silica aerogel composites (AF/aerogels) for thermal insulation were prepared successfully under ambient pressure drying. The microstructure showed that the aramid fibers were inlaid in the aerogel matrix, acting as the supporting skeletons, to strengthen the aerogel matrix. FTIR revealed AF/aerogels was physical combination between aramid fibers and aerogel matrix without chemical bonds. The as prepared AF/aerogels possessed extremely low thermal conductivity of 0.0227 ± 0.0007 W m⁻¹ K⁻¹ with the fiber content ranging from 1.5% to 6.6%. Due to the softness, low density and remarkable mechanical strength of aramid fibers and the layered structure of the fiber distribution, the AF/aerogels presented nice elasticity and flexibility. TG–DSC indicated the thermal stability reaching approximately 290 °C, can meet the general usage conditions, which was mainly depended on the pure silica aerogels. From mentioned above, AF/aerogels present huge application prospects in heat preservation field, especially in piping insulation.