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什么是气凝胶?为什么可以隔热?这里都给你讲明白了

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-05-30  浏览次数:1496
核心提示:气凝胶是一种以纳米胶体粒子相互聚集构成纳米骨架和纳米多孔网络结构,并且在孔隙中充满气态分散介质的轻质固态材料。因其半透明
 气凝胶是一种以纳米胶体粒子相互聚集构成纳米骨架和纳米多孔网络结构,并且在孔隙中充满气态分散介质的轻质固态材料。因其半透明的色彩和超轻的重量,气凝胶在空气中呈现像烟雾一样的状态,有“固态烟雾”之称。

 

1931年,美国化学家Samuel Stephens Kistler制备出世界上第一块气凝胶。他用超临界技术干燥凝胶(类似果冻,由固体形成的网络骨架及网络中包含的液体组成),将凝胶中的液体用空气取代,同时保持凝胶中固体网络结构不塌缩,即得到气凝胶。相反,如果直接干燥凝胶,网络中液体挥发带来的毛细力通常会使网络收缩,得到致密而非多孔的材料。这种独特的多孔疏松结构赋予了气凝胶极低的密度,以及极低的热导率和大比表面积等特点。由于这些出色的特性,气凝胶被期许为“改变世界的神奇材料”。

 

气凝胶具有极低密度、超高孔隙率、低热导率、低声阻抗等特性,这是一般固态材料所不具备的。这些特性使其在隔热保温、生物医学、隔音、吸附等领域具有巨大的应用前景。

作为材料领域的“隔热王者”,气凝胶在航空航天、汽车电池、建筑等领域有着广泛的应用。俄罗斯“和平”空间站、美国“火星探路者”探测器、我国“长征五号”运载火箭和“祝融号”火星车都曾使用气凝胶材料作为绝热保温材料

气凝胶还应用于三元电池热失控隔热。生活中偶尔会发生电动车电池自燃的情况,从起火到整车爆燃往往只有几秒钟,主要原因就是电池内部的隔热水平不够,单个电芯的热失控扩大到整个电池组。气凝胶作为防火隔热材料,最大的作用就是延缓或者阻止热扩散以及火焰的蔓延,将其应用在新能源汽车中可以更好地实现电池的温控和电控管理并提升性能,起到绝热、防火的作用,为用户和乘客逃离现场以及灭火争取更多的时间。

此外,磷酸铁锂电池在低温环境下,正负极材料中带电电子运动能力变差,导致电池容量衰退和续航减少。气凝胶出色的保温性能可以使磷酸铁锂电池内各电芯不受外部低温影响。

在日常的生产生活中,气凝胶也有着广泛的应用:功能性纤维素气凝胶在吸附二氧化碳、甲醛等气体,以及去除废水中的重金属离子、有机染料、有机溶剂和油污水等方面具有天然的优势。

未来,随着制备工艺不断完善和科技水平不断发展,气凝胶也将逐渐融入大众生活,为各个领域带来令人惊喜的变化。

 
 
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