气凝胶的课件.pptVIP

研究机构 德国的维尔茨堡大学、BASF公司 美国的劳伦兹·利物莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室，美国aspen公司，美国宇航局 法国的蒙彼利埃材料研究中心 日本高能物理国家实验室 国内主要集中在同济大学波尔固体物理实验室、国防科技大学、广东省英德市的埃力生亚太电子有限公司，绍兴纳诺高科，山东科技大学等。 * 气凝胶 Aerogel * 固体烟 * * 气凝胶隔热 * * * 干凝胶 当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，这即为干凝胶，也称为气凝胶。 气凝胶也具凝胶的性质，气凝胶的组成通常是非晶的，例如，致密的石英是晶体，但是二氧化硅气凝胶是非晶的，这有点像是泡沫玻璃。 * 气凝胶样品进行的表面形貌分析 * 气凝胶属于一种固体，但99%是由气体构成，外观看起来像云一样。它有数百万小孔和皱摺，如果把1立方厘米的气凝胶拆开，它会填满一个有足球场那么大的地方。它的小孔不仅能像一块海绵一样吸附污染物，还能充当气穴。 气凝胶内含大量的空气，典型的孔洞线度在l—l00纳米范围，孔洞率在80%以上，是一种具有纳米结构的多孔材料，在力学、声学、热学、光学等诸方面均显示其独特性质。它们明显不同于孔洞结构在微米和毫米量级的多孔材料，其纤细的纳米结构使得材料的热导率极低，具有极大的比表面积．对光、声的散射均比传统的多孔性材料小得多，这些独特的性质不仅使得该材料在基础研究中引起人们兴趣，而且在许多领域蕴藏着广泛的应用前景。 * 气凝胶由一位美国化学家于1931年在打赌时发明出来 早期的气凝胶非常易碎和昂贵，所以主要在实验室里使用。 直到90年代前美国宇航局开始对这种物质感兴趣，并让其发挥更为实际的用途，这种材料终于走出了实验室。 * 最轻的固体 美国宇航局科学家研制出的一种气凝胶，作为世界最轻的固体，正式入选吉尼斯世界纪录。 密度为3.55千克每立方米，仅为空气密度的2.75倍；干燥的松木密度（500千克每立方米）是它的140倍。 这种气凝胶呈半透明淡蓝色，重量极轻，因此人们也把它称为“固态烟”。 * 新型气凝胶是由美国国家宇航局下属的“喷气推进实验室”材料科学家Larry Hrubesh博士研制的。 在制作过程中，液态硅化合物首先与能快速蒸发的液体溶剂混合，形成凝胶，然后将凝胶放在一种类似加压蒸煮器的仪器（高压釜）中干燥，并经过加热和降压，形成多孔海绵状结构。琼斯博士最终获得的气凝胶中空气比例占到了体积的99.8％。 主要成分和玻璃一样也是二氧化硅，但因为它99.8％都是空气，所以密度只有玻璃的千分之一。 　　 * 前驱体 溶 胶 水 聚 合 凝胶 气凝胶 气凝胶形成示意图 * 水解 缩聚 脱水 工艺流程 * 常见的氧化硅气凝胶可以在绝对零度到650℃的范围内使用，有些类型的气凝胶最高能承受1400℃的高温。 非常坚固耐用。可以承受相当于自身质量几千倍的压力 导热性和折射率也很低，热绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。 由于具备这些特性，气凝胶便成为航天探测中不可替代的材料，俄罗斯“和平”号空间站和美国“勇气号”火星探测器都用它来进行热绝缘。 * * 彗星微粒中包含着太阳系中最原始、最古老的物质，研究它可以帮助人类更清楚地了解太阳和行星的历史。2006年，“星尘”号飞船将带着人类获得的第一批彗星星尘样品返回地球。 美国国家宇航局的“星尘”号空间探测器已经带着它在太空中完成了一项十分重要的使命———收集彗星微粒。 * 彗星星尘的速度相当于步枪子弹的6倍，尽管体积比沙粒还要小，可是当它以如此高速接触其它物质时，自身的物理和化学组成都有可能发生改变，甚至完全被蒸发。 有了气凝胶，这个问题就变得很简单了。它就像一个极其柔软的棒球手套，可以轻轻地消减彗星星尘的速度，使它在滑行一段相当于自身长度200倍的距离后慢慢停下来。在进入“气凝胶手套”后，星尘会留下一段胡萝卜状的轨迹，由于气凝胶几乎是透明的，科学家可以按照轨迹轻松地找到这些微粒。 * * 1999年，美国宇航局给其“星尘”(Stardust)号探测器装备了一种塞满气凝胶的棒球手套，用于捕捉彗星尾部的尘埃。 2000年，该探测器满载尘埃样本返回地球。 2002年，美国宇航局创立的阿斯彭气凝胶(Aspen Aerogel)公司生产了一种更坚固、更柔韧的气凝胶。 * 气凝胶太空服 派宇航员登陆火星预定于2018年进行 气凝胶正用来为人类首次登陆火星时所穿的太空服研制一种保温隔热衬里 Aspen Aerogel公司的一位资深科学家马克·克拉耶夫斯基认为，一层18毫米的气凝胶将足以保护宇航员抵御零下130度的低温。他说：“它是我们所见过的最棒的绝热材料。” * 军事用途 气凝胶作未来的防弹住宅和