精选气凝胶调研报告1.目的了解气凝胶的基本信息、研究现状、应用现状以及国内相关厂家的信息，寻找其在功能玻璃上的应用。2.气凝胶概述2.1气凝胶的概念凝胶（gel）指的是溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了液体作为分散介质的特殊分散体系［1］。气凝胶（aerogel）指的是当凝胶脱去大部分溶剂，凝胶中液体含量比固体含量少得多，或者凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体时，即湿凝胶中液体被气体取代同时保持网络结构，外表呈现固体状的物质称为气凝胶，一般又称为干凝胶（xerogel）［2］。但是从严格的定义上来讲，气凝胶与干凝胶并非同一概念。有文献指出，湿凝胶经过超临界干燥得到的是气凝胶，经过常压干燥得到的是干凝胶；气凝胶是块状结构，而干凝胶一般是粉体或者颗粒⑶。图1气凝胶2.2气凝胶的发展气凝胶最早问世于1931年,由美国斯坦福大学的SamuelStephens.Kistler［4］利用溶胶凝胶法结合超临界干燥技术水解水玻璃的方法制备出具有完整网络结构的硅气凝胶，同时研究了硅气凝胶的性质，并预言气凝胶在催化、隔热、玻璃和陶瓷等领域的应用，但是由于受到制备工艺的限制，并未得到人们的足够重视。1966年,J.B.Peri⑸利用硅脂经一步溶胶凝胶法制备出氧化硅气凝胶，推动了气凝胶的发展。1974年粒子物理学家Cantin［6］等首次报道了较SiO2气凝胶应用于切伦科夫探测器探测高能粒子。80年代，Tewari［7］对湿凝胶的干燥工作进行研究，推动了硅气凝胶的商业化过程。国内最早于1955年，由同济大学波尔固体物理研究所对气凝胶展开研究。随后，清华大学、东华大学等高校也对气凝胶展开研究。2.3气凝胶的分类按其组分，气凝胶可分为单组分气凝胶，如Si02、Al2O3、Ti02、炭气凝胶（有机气凝胶炭化后得到）等；多组分气凝胶，如SiO2/Al2O3、SiO2/TiO2等。目前研究最广泛、深入的气凝胶是单组分的SiO2气凝胶和炭气凝胶；其中以SiO2气凝胶的应用最为广泛［8］；炭气凝胶由于制备工艺复杂、原料昂贵、生产周期长等，产业化困难、市场难以接受［3］。2.4SiO2气凝胶的性质气凝胶也具有凝胶的性质，即膨胀作用、触变作用、离浆作用。另外，气凝胶还具有以精选下性质［9,10］：1）极高的孔隙率：孔隙率可高达99.8%,如果将1立方厘米的气凝胶拆开，可将一个足球场填满；2）纳米级空隙（~20nm）、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，仅为空气密度的2.75倍，作为世界最轻的固体，已入选吉尼斯世界纪录；5）极低的热导率，常温下可低至0.013W/（m・K），比空气的热导系数还低；6）强度低，脆性大，添加颗粒、纤维等增强体可以提高强度和韧性。表1给出了SiO2气凝胶的性能参数。表1SiO2气凝胶的性能参数［1］热导率25°C、1atm下为0.02W/（m・K），固体物质中热导率最低的物质使用温度-273〜650°C密度可低至0.003kg/m3比表面积可高达1000m2/g以上孔径尺寸1~100nm胶体颗粒尺寸1~100nm声学性能100m/s,添加纤维可大大提高隔音性能防火性A1级（最高级）折射率可低至1.025，接近空气介电常数超低的固体介电常数，<1.1综上，SiO2气凝胶是一种具有极低折射率、热导率、介电常数、高比表面积、对气体选择透过的、具有独特结构的纳米多孔网络结构的轻质材料。2.5气凝胶的制备气凝胶的制备一般包括溶胶-凝胶法制备湿凝胶和凝胶的干燥的两个过程，如图2所示。苗虫特■——>'L，二亦='*图2气凝胶的制备工艺过程溶胶-凝胶法制备湿凝胶［11,16］：以无机物或金属醇盐作为前驱体，将前驱体溶于溶剂中，形成均匀的溶液，并进行水解或醇解缩合反应，胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶。凝胶形成后，还需要进行老化，使溶液中溶胶离子和小凝胶团簇仍将继续和骨架上的悬挂基团反应、交联，进而形成整个凝胶网络。凝胶的干燥［8,12〜14］：目前SiO2气凝胶的干燥方法包括超临界干燥和常压干燥两种方式。1.超临界干燥：高于液体的临界温度和临界气压的条件下去除湿凝胶中的液体，可以减少毛细管压力的影响，避免凝胶发生收缩和碎裂。然而超临界干燥反应条件苛刻，且具有一定的危险性。该法可制备获...
