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廊坊虓龍保溫材料有限公司
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氣凝膠是一種固體物質(zhì),世界上密度小的固體。密度為3千克每立方米。一般常見的氣凝膠為硅氣凝膠,其早由美國(guó)科學(xué)工作者Kistler在1931年因與其友打賭制得。氣凝膠的種類很多,有硅系,碳系,硫系,金屬氧化物系,金屬系等等。aerogel是個(gè)組合詞,此處aero是形容詞,表示飛行的,gel顯然是凝膠。字面意思是可以飛行的凝膠。任何物質(zhì)的gel只要可以經(jīng)干燥后除去內(nèi)部溶劑后,又可基本保持其形狀不變,且產(chǎn)物高孔隙率、低密度,則皆可以稱之為氣凝膠。
因?yàn)槊芏鹊停p的氣凝膠僅有0.16毫克每立方厘米,比空氣密度略低,所以也被叫做“凍結(jié)的煙”或“藍(lán)煙”。由于里面的顆粒非常?。{米量級(jí)),所以可見光經(jīng)過它時(shí)散射較?。ㄈ鹄⑸洌?,就像陽(yáng)光經(jīng)過空氣一樣。因此,它也和天空一樣看著發(fā)藍(lán)(如果里面沒有摻雜其它東西),如果對(duì)著光看有點(diǎn)發(fā)紅。(天空是藍(lán)色的,而傍晚的天空是紅色的)。由于氣凝膠中一般80%以上是空氣,所以有非常好的隔熱效果,一寸厚的氣凝膠相當(dāng)20至30塊普通玻璃的隔熱功能。即使把氣凝膠放在玫瑰與火焰之間,玫瑰也會(huì)絲毫無(wú)損。氣凝膠在航天探測(cè)上也有多種用途,在俄羅斯“和平”號(hào)空間站和美國(guó)“火星探路者”的探測(cè)器上都有用到這種材料。氣凝膠也在粒子物理實(shí)驗(yàn)中,使用來作為切連科夫效應(yīng)的探測(cè)器。位在高能加速器研究機(jī)構(gòu)B介子工廠的Belle 實(shí)驗(yàn)探測(cè)器中一個(gè)稱為氣凝膠 (Aerogel Cherenkov Counter, ACC) 的鑒別器,就是一個(gè)新的應(yīng)用實(shí)例。這個(gè)探測(cè)器利用的氣凝膠的介于液體與氣體之低折射系數(shù)特性,還有其高透光度與固態(tài)的性質(zhì),優(yōu)于傳統(tǒng)使用低溫液體或是高壓空氣的作法。同時(shí),其輕量的性質(zhì)也是優(yōu)點(diǎn)之一。?[1]?
氣凝膠,作為世界輕的固體,已入選吉尼斯世界紀(jì)錄。這種新材料密度僅為3.55千克每立方米,僅為空氣密度的2.75倍;干燥的松木密度(500千克每立方米)是它的140倍。這種物質(zhì)看上去像凝固的煙,但它的成分與玻璃相似。由于它的密度小,用于航空航天方面非常合適。
美宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,該實(shí)驗(yàn)室瓊斯博士研制出的新型氣凝膠,主要由純二氧化硅等組成。在制作過程中,液態(tài)硅化合物首先與能快速蒸發(fā)的液體溶劑混合,形成凝膠,然后將凝膠放在一種類似加壓蒸煮器的儀器中干燥,并經(jīng)過加熱和降壓,形成多孔海綿狀結(jié)構(gòu)。瓊斯博士終獲得的氣凝膠中空氣比例占到了99.8%。
氣凝膠因其半透明的色彩和超輕重量,有時(shí)也被稱為“固態(tài)煙”或“凍住的煙”。這種新材料看似脆弱不堪,其實(shí)非常堅(jiān)固耐用,高能承受1400攝氏度的高溫。氣凝膠的這些特性在航天探測(cè)上有多種用途。俄羅斯“和平”號(hào)空間站和美國(guó)“火星探路者”探測(cè)器上,都用到了氣凝膠材料。
美國(guó)國(guó)家宇航局研制出的一種新型氣凝膠,由于密度只有每立方厘米3毫克,日前已經(jīng)作為“世界上密度低的固體”正式入選《吉尼斯世界紀(jì)錄》。
這種氣凝膠呈半透明淡藍(lán)色,重量輕,因此人們也把它稱為“固態(tài)煙”。新型氣凝膠是由美國(guó)國(guó)家宇航局下屬的“噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室”材料科學(xué)家史蒂芬·瓊斯博士研制的。它的主要成分和玻璃一樣也是二氧化硅,但因?yàn)樗?9.8%都是空氣,所以密度只有玻璃的千分之一。
氣凝膠貌似“弱不禁風(fēng)”,其實(shí)非常堅(jiān)固耐用。它可以承受相當(dāng)于自身質(zhì)量幾千倍的壓力,在溫度達(dá)到1200攝氏度時(shí)才會(huì)熔化。此外它的導(dǎo)熱性和折射率也很低,絕緣能力比好的玻璃纖維還要強(qiáng)39倍。由于具備這些特性,氣凝膠便成為航天探測(cè)中不可替代的材料,俄羅斯“和平”號(hào)空間站和美國(guó)“火星探路者”探測(cè)器都用它來進(jìn)行熱絕緣。
氣凝膠在航天中的應(yīng)用遠(yuǎn)不止這些,美國(guó)國(guó)家宇航局的“星塵”號(hào)飛船正帶著它在太空中執(zhí)行一項(xiàng)十分重要的使命———收集彗星微粒??茖W(xué)家認(rèn)為,彗星微粒中包含著太陽(yáng)系中原始、古老的物質(zhì),研究它可以幫助人類更清楚地了解太陽(yáng)和行星的歷史。2006年,“星塵”號(hào)飛船將帶著人類獲得的第一批彗星星塵樣品返回地球。
但收集彗星星塵并不是件容易的事,它的速度相當(dāng)于步槍子彈的6倍,盡管體積比沙粒還要小,可是當(dāng)它以如此高速接觸其它物質(zhì)時(shí),自身的物理和化學(xué)組成都有可能發(fā)生改變,甚至被蒸發(fā)。如今科學(xué)家有了氣凝膠,這個(gè)問題就變得很簡(jiǎn)單了。它就像一個(gè)柔軟的棒球手套,可以輕輕地消減彗星星塵的速度,使它在滑行一段相當(dāng)于自身長(zhǎng)度200倍的距離后慢慢停下來。在進(jìn)入“氣凝膠手套”后,星塵會(huì)留下一段胡蘿卜狀的軌跡,由于氣凝膠幾乎是透明的,科學(xué)家可以按照軌跡輕松地找到這些微粒。
氣凝膠初是由S.Kistler命名,由于他采用超臨界干燥方法成功制備了二氧化硅氣凝膠,故將氣凝膠定義為:濕凝膠經(jīng)超臨界干燥所得到的材料,稱之為氣凝膠。在90年代中后期,隨著常壓干燥技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,90年代中后期普遍接受的氣凝膠的定義是:不論采用何種干燥方法,只要是將濕凝膠中的液體被氣體所取代,同時(shí)凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本保留不變,這樣所得的材料都稱為氣凝膠。氣凝膠的結(jié)構(gòu)特征是擁有高通透性的圓筒形多分枝納米多孔三位網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),擁有高孔洞率、低的密度、高比表面積、超高孔體積率,其體密度在0.003-0.500 g/cm-3范圍內(nèi)可調(diào)。(空氣的密度為0.00129 g/cm-3)。
氣凝膠的制備通常由溶膠凝膠過程和超臨界干燥處理構(gòu)成。在溶膠凝膠過程中,通過控制溶液的水解和縮聚反應(yīng)條件,在溶體內(nèi)形成不同結(jié)構(gòu)的納米團(tuán)簇,團(tuán)簇之間的相互粘連形成凝膠體,而在凝膠體的固態(tài)骨架周圍則充滿化學(xué)反應(yīng)后剩余的液態(tài)試劑。為了防止凝膠干燥過程中微孔洞內(nèi)的表面張力導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的破壞,采用超臨界干燥工藝處理,把凝膠置于壓力容器中加溫升壓,使凝膠內(nèi)的液體發(fā)生相變成超臨界態(tài)的流體,氣液界面消失,表面張力不復(fù)存在,此時(shí)將這種超臨界流體從壓力容器中釋放,即可得到多孔、無(wú)序、具有納米量級(jí)連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的低密度氣凝膠材料。
氣凝膠氈具有柔軟﹑易裁剪﹑密度小、無(wú)機(jī)防火﹑整體疏水、綠色環(huán)保等特性,其可替代玻璃纖維制品、石棉保溫氈、硅酸鹽纖維制品等不環(huán)保、保溫性能差的傳統(tǒng)柔性保溫材料。
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