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氣凝膠的應用
發布時間:2019-02-18
1、超級絕熱材料

  材料的熱傳導由氣態傳導、固態傳導和熱輻射傳導決定。由于氣凝膠材料具有納米多孔結構,因此常壓下氣態熱導率λg很小,真空下熱傳導由固態傳導和熱輻射傳導決定。同玻璃態材料相比,納米多孔材料由于高孔隙限制了稀疏骨架中鏈的局部激發的傳播,使得固態熱導率λs僅為非多孔玻璃態材料熱導率的1/500左右。Nilsson等檢測室溫下氣凝膠熱導率為0.013~0.016W/(m·K),靜態空氣的熱導率為0.024W/(m·K),即使在800℃的高溫下其導熱系數才為0.043W/(m·K),是目前隔熱性能最好的固態材料。

(1)太陽能熱水器

太陽能熱水器及其他集熱裝置的高效保溫成了能否進一步提高太陽能裝置的能源利用率和進一步提高其實用性的關鍵因素。將納米孔超級絕熱材料應用于熱水器的儲水箱、管道和集熱器,將比現有太陽能熱水器的集熱效率提高1倍以上,而熱損失下降到現有水平的30%以下。
(2)在熱電池上應用
可延長熱電池的工作壽命,防止生成的熱影響熱電池周圍的元器件。
(3)軍事及航天領域
與傳統絕熱材料相比,納米孔氣凝膠超級絕熱材料可以用更輕的質量、更小的體積達到等效的隔熱效果。這一特點使其在航空、航天應用領域具有舉足輕重的優勢。如果用作航空發動機的隔熱材料,既起到了極好的隔熱作用,又減輕了發動機的重量。作為外太空探險工具和交通工具上的超級絕熱材料也有很好的應用前景。
氣凝膠在航天中的應用遠不止這些,美國國家宇航局的“星塵”號空間探測器已經帶著它在太空中完成了一項十分重要的使命———收集彗星微粒。
2、氣凝膠方陣
科學家認為,彗星微粒中包含著太陽系中最原始、最古老的物質,研究它可以幫助人類更清楚地了解太陽和行星的歷史。2006年,“星塵”號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,它的速度相當于步槍子彈的6倍,盡管體積比沙粒還要小,可是當它以如此高速接觸其它物質時,自身的物理和化學組成都有可能發生改變,甚至完全被蒸發。如今科學家有了氣凝膠,這個問題就變得很簡單了。它就像一個極其柔軟的棒球手套,可以輕輕地消減彗星星塵的速度,使它在滑行一段相當于自身長度200倍的距離后慢慢停下來。在進入“氣凝膠手套”后,星塵會留下一段胡蘿卜狀的軌跡,由于氣凝膠幾乎是透明的,科學家可以按照軌跡輕松地找到這些微粒。
(4)工業及建筑絕熱領域
在工業及民用領域納米孔超級絕熱材料有著廣泛和極具潛力的應用價值。首先,在電力、石化、化工、冶金、建材行業以及其他工業領域,熱工設備普遍存在。工業節能中,納米孔超級絕熱材料也起著非常重要的作用,其中有些特殊的部位和環境,由于受重量、體積或空間的限制,急需高效的超級絕熱材料。
3、催化劑應用
SiO2氣凝膠具有極高的比表面積和孔隙率,已經被廣泛應用于Cerenkov探測器中,以探測高能帶電粒子和在太空中捕集隕石微粒的介質材料。SiO2氣凝膠也曾一度被用于等離子體研究中作為慣性限制熔融試驗體目標組分。因其具有低的表觀密度和熱導率,極好的耐高溫性能,氣凝膠作為高效隔熱消音材料很有前途。
由輕原子量元素組成的低密度、微孔分布均勻的SiO2氣凝膠對氖具有良好的吸附性能,因而為慣性約束聚變實驗研制高增益靶提供了一個新途徑,這對于利用受控熱核聚變反應來獲得廉價、清潔的能源具有重要意義。
4、日常生活應用
氣凝膠也正走進我們的日常生活。運動器材公司鄧嚕普(Dunlop)已經研制出一系列用氣凝膠加固的壁球和網球球拍,據說這種球拍能釋放更大的力量。比如英國諾丁漢66歲的鮑勃·斯托克爾擁有了一套用氣凝膠隔熱的房子,他也因此成為擁有這種房子的第一位英國人。他說:“保溫效果大大改善了。我把自動調溫器調低了5度。這真是一個不可思議的變化。”
登山者也開始從氣凝膠中受益。比如位英國登山者安妮·帕曼特爾穿上帶氣凝膠鞋墊的靴子爬上珠穆瑪朗峰,就連睡袋也加有這種材料。她說:“我唯一的問題就是我的腳太熱,這對一名登山者來說是一個大難題。”
不過,它還沒能征服時尚界。Hugo Boss公司推出了一系列用這種材料制成的冬季夾克,但在消費者紛紛抱怨這種衣服太熱之后不得不下架。
在環境保護及化學工業方面,納米結構的氣凝膠還可作為新型氣體過濾 ,與其它材料不同的是該材料孔洞大小分布均勻,氣孔率高,是一種高效氣體過濾材料。由于該材料特別大的比表而積.氣凝膠在作為新型催化劑或催化劑的載體方而亦有廣闊的應用前景。
5、電化學的應用
在儲能器件方而,有機氣凝膠經過燒結工藝處理后將得到碳氣凝膠 這種導電的多孔材料是繼纖維狀活性碳以后發展起來的一種新型碳素材料,它具有很大的比表面積(600~1000 m2/g)和高電導率(10~25 s/cm)。如在其微孔洞內充人適當的電解液,可以制成新型可充電電池,它具有儲電容量大、內阻小、重量輕、充放電能力強、可多次重復使用等優異特性,反復充放電性能良好。
6、儲氫材料
氫能具有很高的熱值,燃燒釋能后的產物是水,對環境無污染,此外,氫能為可再生能源,不會枯竭,因而被譽為21世紀的綠色新能源。美國Lawrence Livermore國家實驗室和伊利諾斯大學研究表明:炭氣凝膠具有高比表面積、低密度、連續的網絡結構且孔洞尺寸很小又與外界相通,具有優良的吸、放氫性能。美國能源部于2005年專門設立了機構,研究摻雜金屬的炭氣凝膠貯氫,并給予財政資助。
7、用于吸附
氣凝膠還可以用作吸附材料,例如吸附CO2氣體,吸附一些化學有毒蒸汽,吸附炸藥廢水等。 
 
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