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地點(diǎn)： 長(zhǎng)沙市 開(kāi)展時(shí)間： 2025-04-10 舉辦單位： 湖南水資源大會(huì)辦公室
湖南水利科技博覽會(huì)組委會(huì)、河南納威展覽服務(wù)有限公司、北京雙子座展覽有限公 -
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新材料系列——見(jiàn)識(shí)“氣凝膠”的神通廣大
【塑料機(jī)械網(wǎng) 科技創(chuàng)新】7月中旬，由哈佛大學(xué)、愛(ài)丁堡大學(xué)以及美國(guó)航天航空局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員共同組成的科研小組公布了一個(gè)新設(shè)想——在火星上的部分地區(qū)搭建一個(gè)氣凝膠保護(hù)罩，實(shí)現(xiàn)人類移民火星。
據(jù)現(xiàn)有的資料可知，火星是一顆沙漠行星，可利用的水不多，大氣以二氧化碳為主，表面平均氣溫在﹣55℃左右。氣候如此惡劣，單憑一層薄薄的氣凝膠就能改善，未免讓人覺(jué)得聳人聽(tīng)聞，那么氣凝膠究竟是何方神圣呢？
氣凝膠又叫干凝膠，也被稱為藍(lán)煙或凍結(jié)的煙，具有超輕質(zhì)、極低熱導(dǎo)率、高熱穩(wěn)定性、高吸附性、高吸能、隔音等特性，還具有膨脹作用、觸變作用、離漿作用，這使其不僅具有良好的延展性，還擁有透氣、防火、吸收油和水的優(yōu)良性質(zhì)。
氣凝膠有很多種類，如：硅系氣凝膠、碳系氣凝膠、硫系氣凝膠等，其中常見(jiàn)的是二氧化硅氣凝膠。氣凝膠通常有四種分類方式: 從外觀特點(diǎn)可以被劃分為塊狀、粉狀以及薄膜狀氣凝膠；從制備方法可被劃分為氣凝膠、干凝膠和凍凝膠；從不同的微結(jié)構(gòu)可以被劃分為微孔、介孔以及混合孔洞氣凝膠。氣凝膠也是目前世界上密度小的固體，并已入選吉尼斯世界記錄中輕的一類物質(zhì)。由于氣凝膠中80%以上都是空氣，因此在隔熱方面有不俗表現(xiàn)。
氣凝膠的應(yīng)用
當(dāng)前氣凝膠的產(chǎn)品形態(tài)主要有氈、板、布、紙、顆粒、粉末和異形件等，其中，大部分的產(chǎn)品是具有保溫功能的氣凝膠產(chǎn)品。憑借一系列優(yōu)越性能，氣凝膠在科研領(lǐng)域的研究范圍不斷擴(kuò)大，與此相對(duì)應(yīng)的，實(shí)際應(yīng)用成功案例也逐步增多，在軍用和民用領(lǐng)域都有非常良好的表現(xiàn)，并且在多行業(yè)領(lǐng)域中表現(xiàn)不俗。
·航空航天及軍工領(lǐng)域
氣凝膠作為一種的輕質(zhì)隔熱保溫材料，在航空航天領(lǐng)域大受青睞。
據(jù)悉，在我國(guó)“長(zhǎng)征五號(hào)”運(yùn)載火箭上，就搭載了由我國(guó)自主研制的高性能納米氣凝膠隔熱氈，為其燃?xì)夤苈废到y(tǒng)提供隔熱保溫功能；美國(guó)在“火星漫步者”探測(cè)車的電路中使用了氣凝膠材料進(jìn)行保護(hù)，以及“星辰號(hào)”飛船用來(lái)收集彗星塵也使用了氣凝膠做的采集“手套”。
此外氣凝膠的吸能特性也使其在戰(zhàn)場(chǎng)和其他復(fù)雜環(huán)境下的表現(xiàn)與目前應(yīng)用的特種材料相比擁有更多優(yōu)勢(shì)。
防彈型氣凝膠在軍車上的應(yīng)用讓我們看到氣凝膠在戰(zhàn)爭(zhēng)中的另一應(yīng)用前景，據(jù)悉，只要在金屬片上加約6毫米的氣凝膠，就能夠承受炸藥帶來(lái)的破壞力；在水下探測(cè)領(lǐng)域，氣凝膠的低聲速特性和高孔隙超輕質(zhì)特點(diǎn)也使之成為比較理想的超聲探測(cè)器的聲阻耦合材料和佳水聲反聲材料。
·電池
擁有保溫效果的氣凝膠，也是導(dǎo)熱系數(shù)低的固體材料，同時(shí)憑借其極強(qiáng)的阻燃性，在電池領(lǐng)域我們也能見(jiàn)到氣凝膠的身影。
鋰離子動(dòng)力電池組熱失控事故時(shí)有發(fā)生，提高熱失控電芯向電池其他系統(tǒng)傳熱的熱阻來(lái)阻礙熱失控蔓延是一種有效方法。氣凝膠氈具有防火、隔熱、阻燃的特性，而且質(zhì)感柔軟、易于加工，是非常理想的預(yù)防材料；另外在熱電池應(yīng)用領(lǐng)域，氣凝膠作為熱電池保溫筒的隔熱材料能夠解決多領(lǐng)域?qū)犭姵氐母咝阅?、長(zhǎng)壽命的要求。
·紡織
氣凝膠應(yīng)用于紡織領(lǐng)域已經(jīng)屢見(jiàn)不鮮，也是作為普通人的我們?nèi)菀捉佑|到的。
隨著戶外運(yùn)動(dòng)的興起，氣凝膠材料在運(yùn)動(dòng)服上的優(yōu)勢(shì)盡顯，例如在戶外運(yùn)動(dòng)中登山防寒服飾的應(yīng)用，以極輕巧的穿著感打破以往防護(hù)服臃腫沉重的歷史，為運(yùn)動(dòng)愛(ài)好者們打開(kāi)新世界的大門；2018年10月9日，Supield素湃科技?xì)饽z衣甫一上線就迅速積累資金逾600萬(wàn)，群眾對(duì)于氣凝膠涉獵日?？纱┲谋Ｅ椘诖狄卜浅８?，這種服飾使用了紡織專用的氣凝膠復(fù)合保暖材料，對(duì)服裝材料界也贏得了更多關(guān)注；此外在消防員外套制服的制作上，氣凝膠制成的保護(hù)性隔熱材料取得了非常好的效果，對(duì)高溫的隔絕也降低了消防員受傷危險(xiǎn)。
·建筑
氣凝膠具有良好的防火、保溫、隔熱、隔聲等功能，為建筑領(lǐng)域掀起一場(chǎng)新的革命。
氣凝膠可以作為墻體保溫系統(tǒng)中現(xiàn)有保溫材料的合理替代，能夠應(yīng)用于保溫砂漿、保溫裝飾一體化板、墻體夾心保溫等方面；氣凝膠玻璃具有防火和吸能特性，不僅可以改善玻璃遇火爆炸、抗風(fēng)壓差等問(wèn)題，還可以平衡室內(nèi)溫度。
我國(guó)氣凝膠的研發(fā)
現(xiàn)在各國(guó)都在深耕對(duì)氣凝膠的研究開(kāi)發(fā)，其中中國(guó)和美國(guó)是目前氣凝膠科研、生產(chǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域的主要國(guó)家。我國(guó)近年來(lái)不斷傳出喜訊，對(duì)氣凝膠材料的開(kāi)發(fā)正如火如荼開(kāi)展：
中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員張學(xué)同領(lǐng)導(dǎo)的氣凝膠團(tuán)隊(duì)與德國(guó)科學(xué)家合作，成功制備得到超柔性氮化硼納米帶氣凝膠，并實(shí)現(xiàn)了氣凝膠材料在-196°C~1000°C溫度范圍內(nèi)及不同載荷沖擊形式下的柔性保持；
華南理工大學(xué)以MXene (Ti3C2)納米片為骨架材料、細(xì)菌纖維素(Bacterial Cellulose; BC)為納米連接材料制備了一種新型的彈性碳?xì)饽z。該碳?xì)饽z具有超高的可壓縮性、彈性與抗疲勞性，而且具有寬范圍線性靈敏度和對(duì)微小形變、微小壓力的超高檢測(cè)能力。將該碳?xì)饽z組裝成簡(jiǎn)易電子器件后，可實(shí)現(xiàn)對(duì)聲帶發(fā)聲、關(guān)節(jié)活動(dòng)和脈搏跳動(dòng)等人體生物信號(hào)的靈敏檢測(cè)，顯示了在壓力傳感、可穿戴電子器件等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值；
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授課題組以殼聚糖作三維軟模板，成功研制了具有雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的PFR/SiO2復(fù)合氣凝膠材料。這種復(fù)合氣凝膠可以承受60%的壓縮而不破裂，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和可加工性。獨(dú)特的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予了氣凝膠優(yōu)異的防火阻燃性，且燃燒后殘留物質(zhì)會(huì)附著在氣凝膠表面不脫落，仍然有隔熱效果；
哈爾濱工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種新型陶瓷氣凝膠，它超輕且極其耐用，為未來(lái)解決陶瓷超輕結(jié)構(gòu)的脆性問(wèn)題和受熱析晶問(wèn)題提供了研究思路；
同濟(jì)大學(xué)物理科學(xué)與工程學(xué)院納米多孔材料課題組通過(guò)模仿北極熊毛發(fā)的膜孔結(jié)構(gòu)，采用化學(xué)氣相沉積法和煅燒工藝，獲得了新型二氧化硅納米管氣凝膠。
結(jié)語(yǔ)：氣凝膠的優(yōu)良特性和多領(lǐng)域應(yīng)用前景預(yù)示著未來(lái)氣凝膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展走勢(shì)，未來(lái)在世界范圍內(nèi)對(duì)氣凝膠新材質(zhì)的研產(chǎn)活動(dòng)還將持續(xù)推進(jìn)。
資料參考：中國(guó)保溫網(wǎng)、中國(guó)化工報(bào)、百度百科、中國(guó)氣凝膠、樂(lè)晴智庫(kù)
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