气凝胶|世界上最轻的材料|气凝胶比空气轻|气凝胶绝缘| BlogMechbeplay客户端安卓版

内容

1气凝胶的性质:
2金属气凝胶
3.关于气凝胶的有趣事实:
4气凝胶的种类:
5气凝胶的最新进展:
6气凝胶的应用:
7更多的应用程序:
- 7.11.阻燃剂

气凝胶是一种非常特殊的泡沫，其中99.8%是空气。气凝胶是一种低密度固体从凝胶中提取的物质中含有液体成分有一半的凝胶被气体取代了。其结果是一种极低密度的固体，具有几个显著的特性，最显著的是它作为隔热体的有效性。气凝胶是固体，但密度比空气小。尽管分子结构稀疏，气凝胶却很结实。

它最早是由塞缪尔·斯蒂芬斯·基斯特勒在20世纪30年代发明的，但它非常脆，无法成型。气凝胶传统上昂贵且难以制造，而且难以处理。现在，一组科学家已经发现了如何使它变得灵活，这样它就不会那么容易断裂。这意味着有很多方法可以用来解决问题。

由于其半透明的性质和光线在材料中的散射方式，它被昵称为冰冻烟雾，固体烟雾或蓝色烟雾;然而，它摸起来就像爆炸的聚苯乙烯(聚苯乙烯泡沫塑料)。

在所有已知的固体材料中，气凝胶具有最低的密度和最大的内表面积，这使得它们在碰撞、阻尼、声学和隔热、结构支撑和表面化学方面具有极高的性能。

气凝胶的性质:

极低密度
非常好的隔热材料
高比表面积
最低介电常数

金属气凝胶

高比表面积(100-500m2/g)
导电!
催化活性增强
令人惊讶的热绝缘体

关于气凝胶的有趣事实:

回形针的质量大约为1克。一克气凝胶样品的内表面积为每克250 - 3000m2(在失重环境下生产时)。
最低固体密度:最轻的人造材料是气凝胶，其密度仅为空气密度的三倍。然而，工业气凝胶的密度可以更大，达到0.6克/立方厘米或更高。

最高孔隙率:可能是唯一具有95%以上孔隙率的材料，并且孔隙大小分布非常宽，范围从埃(10-10米)到微米(10-6米)。
非常高的表面积:对于一些气凝胶来说，一盎司的表面积相当于一个足球场(每克超过3000平方米)。
多用途的成分:气凝胶可以用广泛的化学成分制成。
设计的功能特性:以上特性的组合可以导致具有有用性能的气凝胶材料，例如:
- 吸附剂,
- 催化剂,
- 绝缘体,
- 半导体,
- 压电式,
- 介质,
- 铁电体,
- 扩散控制器,
- 电导体,
- 电绝缘体,
- 还有光学特性。
能承受(理论上)500到4000倍于其重量的作用力。

气凝胶的种类:

1.硅:

•硅气凝胶是最常见的类型气凝胶是研究和使用最广泛的。它是一种硅基物质，由硅胶衍生而来。

•世界上密度最低的固体是1mg /cm3的二氧化硅纳米泡沫，这是1.9 mg/cm3的记录气凝胶的真空版本。空气密度为1.2 mg/cm3。

•二氧化硅气凝胶强烈吸收红外辐射。它允许建造材料，让光进入建筑物，但会捕获热量用于太阳能加热。

•它有显著的隔热性能，具有极低的导热系数:从0.03 W/m·K降至0.004 W/m·K，对应于3.5英寸厚度的r值为14至105。相比之下，3.5英寸厚度的典型墙体保温材料为13。熔点为1473 K(1200°C或2192°F)。

•二氧化硅气凝胶拥有15项吉尼斯世界纪录材料特性，包括最好的绝缘体和最低密度的固体。

2.碳:

•碳气凝胶由纳米大小的颗粒组成，共价键合在一起。它们具有非常高的孔隙率(超过50%，孔径在100 nm以下)，表面积在400-1000 m²/g之间。他们经常作为复合材料制造纸:用间苯二酚-甲醛气凝胶浸渍后经热解的碳纤维制成的无纺布纸。

•根据密度，碳气凝胶可能是电的导电，使复合气凝胶纸有用的电极在电容器或去电离电极。由于其极高的表面积，碳气凝胶被用于制造超级电容器，基于104 F/g和77 F/cm³的电容，其值可达数千法拉。

•碳气凝胶在红外光谱中也非常“黑”，仅反射250 nm到14.3 μ m之间的辐射的0.3%，使它们高效太阳能收藏家。

制造:

气凝胶的由过程形成的这被称为超临界干燥，在这种干燥过程中，凝胶基中的液体被去除，并被气体取代，留下固体结构。

它是由液态硅化合物和快速蒸发的液态溶剂混合而成的，就像明胶一样，形成一种凝胶，然后在类似于压力的仪器中干燥炊具。

混合物变稠，然后仔细加热和减压产生玻璃状的硅海绵。

气凝胶的最新进展:

美国宇航局格伦研究中心开发了一种聚合物气凝胶，它坚固、灵活、抗折叠、压痕、压碎和被踩。这些气凝胶是密度最小的固体之一，具有与航空航天级石墨复合材料类似的抗压比强度，并为任何固体提供最小的热导率。

这种新型气凝胶的强度是硅气凝胶的500倍。一块厚的木头实际上可以支撑一辆汽车的重量。

二氧化硅气凝胶如果放在汽车轮胎下会粉碎成粉末。如上图所示，即使这辆车只是Smart，这种新型聚合物气凝胶也并非如此。总的来说，机械性质很像合成物除了气凝胶具有相同的特性(而且导热系数小得多)，重量只有橡胶的10%左右。新型聚合物气凝胶也有其优越性机械性能．例如，相似密度的二氧化硅气凝胶的抗压缩性能和拉伸极限比新型聚合物气凝胶小100多倍。而且它们可以制成薄膜，这种薄膜非常灵活，可以用于各种各样的商业和工业用途。

气凝胶的应用:

示例1:

军用飞机和直升机的发动机产生大量的热量。这意味着它们可以受到热追踪导弹的攻击。如果发动机被一层气凝胶包围，那么导弹探测到的热量就会减少。

示例2:

气凝胶也可以用来阻止热量从热水管道中逸出。当热逸出能量被浪费了，这意味着更多的地球能源供应被耗尽了。许多其他的材料可以用来阻止热逸出，所以气凝胶被使用。

示例3:

科学家们通过观察彗星上的尘埃来找出太阳系就像刚形成的时候一样。他们想知道尘埃是由什么组成的，是什么形状的。但是很难捕捉快速移动的灰尘。如果灰尘与任何东西摩擦，摩擦会使灰尘变热，从而改变它。如果灰尘击中坚硬的物体，也会改变它的形状。所以科学家们在“星尘号”宇宙飞船上使用气凝胶集尘器。当非常小的尘埃颗粒通过气凝胶时，它们会留下很小的路径。当探测器返回地球时，这些路径被用来寻找尘埃颗粒。

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