气凝胶有什么特点 气凝胶的种类有哪些

一、气凝胶有什么特点

1、孔隙率很高，可高达99.8%。

2、纳米级别孔洞（20～100nm）和三维纳米骨架颗粒（2～5nm）。

3、高比表面积，可高达1000m2/g。

4、低密度，可低至0.003g/cm3。

5、气凝胶独特的结构决定了其具有极低的热导率，常温下可以低至0.013W/（m·K）。

6、强度低，脆性大，由于其比表面积和孔隙率很大，密度很低，导致其强度很低。

由于这些出色的特性，气凝胶被期许为“改变世界的神奇材料”，在热学、光学、声学、微电子、催化、航空航天、节能建筑等领域具有十分广阔的应用前景。

二、气凝胶的种类有哪些

气凝胶可分为无机气凝胶、有机气凝胶、混合气凝胶和复合气凝胶。常见的气凝胶主要是硅气凝胶、碳气凝胶和二氧化硅气凝胶，新进发展的气凝胶主要是氧化石墨烯气凝胶、富勒烯气凝胶和纤维/二氧化硅气凝胶。

目前市场上常见的以及研究较多的可分为氧化物气凝胶材料、炭气凝胶材料（耐高温性可达3000℃）和碳化物气凝胶材料。

1、氧化物气凝胶材料

氧化物气凝胶材料在高温区（＞1000℃）容易发生晶型转变及颗粒的烧结，其耐温性相对较差，但是其在中高温区（＜1000℃）具备较低的热导率。氧化物气凝胶材料主要有SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、CuO等。

1）SiO2气凝胶材料

SiO2气凝胶是目前隔热领域研究最多也是较为成熟的一种耐高温气凝胶，其孔隙率高达80%~99.8%，孔洞的典型尺寸为1~100nm，比表面积为200~1000m2/g，而密度可低达3kg/m3，室温热导率可低达12mW/（m·K）。SiO2气凝胶材料通常是将与红外遮光剂以及增强体进行复合，以提高SiO2气凝胶的隔热和力学性能，使其既具有实用价值的纳米孔超级绝热材料，同时还兼有良好的隔热和力学性能，主要应用于航空航天、军事、电子、建筑、家电和工业管道等领域的保温隔热。常用的红外遮光剂有碳化硅、TiO2（金红石型和锐钛型）、炭黑、六钛酸钾等；常用的增强材料有陶瓷纤维、无碱超细玻璃纤维、多晶莫来石纤维、硅酸铝纤维、氧化锆纤维等。

2）ZrO2气凝胶材料

与SiO2气凝胶材料相比，ZrO2气凝胶的高温热导率更低，更适宜于高温段的隔热应用，在作为高温隔热保温材料方面具有极大的应用潜力。ZrO2气凝胶材料的孔径小于空气分子的平均自由程，在气凝胶中没有空气对流，孔隙率极高，固体所占的体积比很低，使气凝胶的热导率很低。目前关于ZrO2气凝胶应用于隔热领域的报道还比较少，研究者主要致力于ZrO2气凝胶制备工艺的研究。

3）Al2O3气凝胶材料

氧化铝气凝胶材料具有纳米多孔结构、使其具有更轻质量、更小体积达到等效的隔热效果，同时具有高孔隙率、高比表面积和开放的织态结构，在催化剂和催化载体方面具有潜在的应用价值。氧化铝气凝胶还可用作高压绝缘材料，高速或超速集成电路的衬底材料，真空电极的隔离介质以及超级电容器。

2、炭气凝胶与碳化物凝胶材料

炭气凝胶最大的特点就是其在惰性及真空氛围下高达2000℃的耐温性，石墨化后耐温性能甚至能达到3000℃，而且炭气凝胶中的炭纳米颗粒本身就具备对红外辐射极好的吸收性能，从而产生类似于红外遮光剂的效果，因此其高温热导率较低。但是在有氧条件下，炭气凝胶在350℃以上便发生氧化，这使得其在高温隔热领域的应用受到了极大地限制。随着SiC、MoSi2、HfSi2、TaSi2等高抗氧化性涂层的发展，在炭气凝胶材料表面涂覆致密的抗氧化性涂层，阻止氧气的进一步扩散，将使该材料具备极大的应用前景。

碳化物材料具备极好的抗氧化性能，但是其本身热导率较高，将其制成含有三维立体网络状结构的气凝胶，可以极大地降低材料的热导率，进一步提高材料的隔热性能。目前国内外对于碳化物气凝胶的研究还相对较少，特别是对于成形性良好的块状碳化物气凝胶的研究尚处于初始阶段，对于其作为高效隔热材料的研究也较为匮乏，仅限于对该材料的制备与表征。