氣凝膠
關(guān)注創(chuàng)建者：隔靴搔癢 創(chuàng)建時間：2019-02-15
氣凝膠的實(shí)例教程
(e) GA 和 SiC/CF-GA 1:1 氣凝膠的拉曼光譜。SiC/CF-GA 1:1 氣凝膠 (f) 縱向和 (g) 橫向的 SEM 圖像。光學(xué)圖像顯示通過 BSFC 策略改性的氣凝膠的（h）超輕和（i）自由成型的宏觀結(jié)構(gòu)。
圖2. (a) SiC/CF-GA 1:1 氣凝膠沿橫向不同壓縮應(yīng)變（40%、60% 和 80%）時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。(b) SiC/CF-GA 1:1 氣凝膠在 50%壓縮應(yīng)變下沿橫向循環(huán) 1000 次的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。(c) SiC/CF-GA 氣凝膠壓縮變形機(jī)制示意圖。(d) 演示在使用 SiC/CF-GA 1:1 氣凝膠的閉合電路中，LED 燈在壓縮和釋放條件下的亮度變化。(e) SiC/CF-GA 1:1 氣凝膠在0至 11.9千帕工作壓力下的相對電流變化（ΔI/I0）曲線。(f) SiC/CF-GA 1:1 氣凝膠傳感器在 80% 壓縮應(yīng)變下壓縮 600 秒之前和之后的相對電阻變化（ΔR/R0）響應(yīng)。(g) SiC/CF-GA 1:1 氣凝膠傳感器在以 200 毫米/秒的加載-卸載速度承受階梯式遞增壓力時的 ΔR/R0 響應(yīng)。(h) SiC/CF-GA 1:1 氣凝膠傳感器的循環(huán)應(yīng)變傳感行為。(i) SiC/CF-GA 1:1 氣凝膠傳感器在手指彎曲運(yùn)動實(shí)時監(jiān)測中的應(yīng)用。
圖3. (a) SiC/CF-GA 1:1 氣凝膠的反射損耗 3D 圖。(b) GA 和 SiC/CF-GA 1:1 氣凝膠的介電損耗正切。(c) GA 和 SiC/CF-GA 1:1 氣凝膠厚度為 2.7 毫米時的阻抗匹配度。(d) SiC/CF-GA 1:1 氣凝膠石墨烯薄片的元素映射圖像、TEM 圖像和 HRTEM。(e) SiC/CF-GA 氣凝膠的電磁波衰減機(jī)制示意圖。
展開 有一種材料，雖然是固體，卻無比輕盈，看起來好像一股裊裊的藍(lán)煙，如夢似幻，這就是目前世界上最輕的固體材料——氣凝膠。
什么是凝膠？
凝膠就是凝聚的膠體，膠體是介于溶液和濁液之間的一種混合物，其顆粒大小在1-100nm之間。膠體的顆粒都帶有同種電荷，因此在一般狀態(tài)下，由于同種電荷相互排斥，這些顆粒無法碰撞結(jié)合。但是如果在膠體中混入電解質(zhì)，這些顆粒所帶的電荷就會被電解質(zhì)中帶電粒子的電荷中和，顆粒間不再發(fā)生電荷互斥，而是碰撞結(jié)合，形成凝膠。
什么是氣凝膠？
凝膠中的膠體顆粒相互結(jié)合，但是這些顆粒并不像石榴籽那樣緊密地挨在一起，而是連結(jié)成了空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這樣的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)存在大量的孔洞，而孔洞中又充斥著液體。在不破壞空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的前提下，將這些液體抽離，任氣體充盈在結(jié)構(gòu)周圍，便形成了氣凝膠。
氣凝膠有什么用？
氣凝膠有很多種，如氧化物氣凝膠、有機(jī)炭氣凝膠、碳化物氣凝膠、金屬氣凝膠、多組分氣凝膠等。
二氧化硅（SiO2）氣凝膠是一種非常好的隔熱材料。而且SiO2氣凝膠的折射率接近空氣，使得太陽光可以輕易地從中穿過。憑借這種隔熱透光的特性，SiO2氣凝膠已在太陽能利用以及建筑節(jié)能等方面有所應(yīng)用。
全碳氣凝膠具有極強(qiáng)的吸附能力，可吸附自身質(zhì)量最高可達(dá)900倍的有機(jī)溶劑。而且，它的吸附效率也十分驚人，1g全碳氣凝膠每秒鐘便能吸附68.8g的有機(jī)物。全碳氣凝膠的結(jié)構(gòu)韌性也非常優(yōu)良，即便被數(shù)千次壓縮至原體積的20%也可迅速復(fù)原。
如今，氣凝膠已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，制造出如氣凝膠體育器材、氣凝膠電池、氣凝膠房屋、氣凝膠登山鞋等新型產(chǎn)品。
不過，要使氣凝膠產(chǎn)品走進(jìn)千家萬戶，似乎還需要一些時間。
展開 【引言】
氣凝膠是一類多孔輕質(zhì)材料，通常是由溶膠-凝膠方法制得。氣凝膠的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使其具有許多迷人的物理特性，諸如超低密度、高表面積、優(yōu)異的傳質(zhì)性能和低導(dǎo)熱性等。目前包括金屬氧化物、聚合物、碳化物以及金屬等都已經(jīng)能夠用于制備氣凝膠材料，其中基于聚合物的碳氣凝膠尤為重要。碳氣凝膠能夠?qū)崿F(xiàn)高反應(yīng)表面積和通向這種表面?zhèn)鬏斅窂降睦硐虢M合，因而在非均相催化劑載體、吸附劑、絕緣材料以及電極材料等方面具有重要的應(yīng)用前景。近年來，碳納米管和石墨烯的發(fā)現(xiàn)極大地促進(jìn)了聚合物基碳氣凝膠的發(fā)展和應(yīng)用。碳納米管和石墨烯氣凝膠都可以通過化學(xué)氣相沉積和分散體系凝膠化的方法來進(jìn)行制備，但是前驅(qū)體昂貴以及合成需要涉及復(fù)雜設(shè)備限制了這些氣凝膠的實(shí)際應(yīng)用。因此，開發(fā)更簡單和經(jīng)濟(jì)的途徑（例如利用碳水化合物、纖維素以及蛋白質(zhì)等可再生資源為原料）來制備納米碳氣凝膠成為必然的發(fā)展趨勢。
【成果簡介】
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授（通訊作者）在Angew. Chem. Int. Ed. 上發(fā)表了題為“Emerging Carbon Nanofiber Aerogels: Chemosynthesis versus Biosynthesis”的綜述文章，集中闡述了新興碳納米纖維氣凝膠的化學(xué)合成與生物合成方法。首先展示了如何通過化學(xué)合成和生物合成的方法來制備碳納米纖維（CNF）氣凝膠，然后討論了兩種制備CNF氣凝膠方法的合成特點(diǎn)，集中在結(jié)構(gòu)和功能的多樣性以及CNF氣凝膠的物理化學(xué)性質(zhì)和潛在應(yīng)用。此外，作者還展示了基于可再生前驅(qū)體的CNF氣凝膠與CNT和石墨烯氣凝膠相比在諸多應(yīng)用中具有競爭優(yōu)勢。
展開 B、N-PdRu 氣凝膠 (A) 的 XPS 全掃描。與 B、N-Ru 氣凝膠和 B、N-Pd 氣凝膠相比，B、N-PdRu 氣凝膠的 B 1s(B)、Ru 3p (C) 和 Pd 3d (D) 的高分辨率光譜分析。(F) B、N-PdRu 氣凝膠的 N1s 的 XPS 光譜。(E) B、N-PdRu 氣凝膠、B-PdRu 氣凝膠、B、N-Pd 氣凝膠和 B、N-Ru 氣凝膠的 XRD 模式。
圖 4. 不同反應(yīng)體系的紫外可見吸收光譜
：B，N-PdRu氣凝膠 + H2O2 + TMB；B，N-PdRu 氣凝膠+ TMB、H2O2+ TMB 和 TMB (A)。N-PdRu氣凝膠 + H2O2+ TMB；B-PdRu氣凝膠 + H2O2+ TMB；PdRu氣凝膠 + H2O2+ TMB；B，N-PdRu氣凝膠+ H2O2和 B，N-Ru 氣凝膠 + H2O2+ TMB的紫外可見吸收光譜(B)。B，N-PdRu氣凝膠在 10–60 °C (C) 的溫度梯度、pH = 2–9 (D) 下的 UV-vis 吸收光譜。不同反應(yīng)體系的熒光光譜：TA，H2O2+ TA，B，N-PdRu氣凝膠+ TA，B，N-PdRu氣凝膠+ H2O2+ TA (E)。H2O2, B, N-PdRu 氣凝膠 + H2O2和 B, N-PdRu 氣凝膠的EPR 測定(F)。
圖 6. B，N-PdRu氣凝膠氣凝膠對各種葡萄糖濃度 (A) 的 UV-vis 吸收光譜和對葡萄糖 (B) 的校準(zhǔn)曲線的相應(yīng)檢測。選擇性檢測類似物：葡萄糖與果糖、蔗糖、乳糖、麥芽糖的終濃度比為1:5（C）。本方法的干擾測量（D）。
展開 氣凝膠作為眾所周知的多孔固體納米材料，具有極低密度、超低導(dǎo)熱系數(shù)、高比表面積、強(qiáng)吸附能力等特點(diǎn)，已發(fā)展成為一種理想的材料家族，應(yīng)用于隔熱、儲能、催化、傳感器、環(huán)境修復(fù)等各種新興領(lǐng)域。氣凝膠粉、氣凝膠氈、氣凝膠纖維、氣凝膠膜、氣凝膠單體等結(jié)構(gòu)簡單的氣凝膠已經(jīng)得到了大量的研究，但迫切需要具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的氣凝膠來突破性能極限，拓展應(yīng)用領(lǐng)域。
受民間藝術(shù)的啟發(fā)，通過折紙、編織、陶塑等形態(tài)編輯，制作具有復(fù)雜形態(tài)的氣凝膠應(yīng)該是一種可行的方法。然而，由于氣凝膠密度低、力學(xué)性能弱、抗機(jī)械疲勞能力低，無法進(jìn)行折疊、拉伸、壓縮、變形等多次編輯處理，直接對其進(jìn)行構(gòu)型編輯無疑是一項挑戰(zhàn)。因此，尋找一種間接制備復(fù)雜構(gòu)型氣凝膠的方法是解決上述問題的關(guān)鍵。
02
成果掠影
近期，中國科學(xué)院蘇州納米所張學(xué)同團(tuán)隊受民間藝術(shù)（陶藝、折紙、編織）啟發(fā)，建立了一種高效的兩次凝膠化(TC)策略，實(shí)現(xiàn)構(gòu)型可編輯高強(qiáng)氣凝膠的制備。本文建立了一種高效的二次凝膠化（TC）策略，實(shí)現(xiàn)構(gòu)型可編輯高強(qiáng)氣凝膠的制備。作為概念驗(yàn)證，選擇芳綸納米纖維(ANFs)和聚乙烯醇(PVA)作為氣凝膠的主要成分，其中PVA在第一次凝膠化過程中形成彈性的構(gòu)型可編輯凝膠網(wǎng)絡(luò)，ANF在第二次凝膠化過程中形成構(gòu)型鎖定凝膠網(wǎng)絡(luò)。TC策略保證了所制備的ANF-PVA (AP)氣凝膠既具有高韌性，又具有構(gòu)型編輯能力。綜上所述，通過軟-硬調(diào)制得到具有特殊構(gòu)型的堅韌氣凝膠，為突破氣凝膠的性能限制，拓展氣凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域提供了巨大的機(jī)會。
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氣凝膠的最新內(nèi)容
半固態(tài)壓鑄件)；金剛石/銅、金剛石/鋁等復(fù)合材料，石墨/銅、石墨/鋁等復(fù)合材料，金屬基復(fù)合材料
導(dǎo)熱高分子：導(dǎo)熱塑料（PPS、PA6/PA66、PC、PP、PPA、LDPE、PEEK）、導(dǎo)熱絕緣塑料，導(dǎo)熱橡膠等
碳材料：石墨膜（PI膜）、碳納米管、碳纖維短纖、石墨烯導(dǎo)熱膜、金剛石材料等
相變材料（儲熱）：石蠟、脂肪醇、脂肪酸、烷烴基合金；熔鹽、鹽水合物、共晶混合物等
隔熱材料：氣凝膠材料
█展品范圍：
工業(yè)鉆石、超硬材料及制品展區(qū)
1、工業(yè)鉆石應(yīng)用端：培育鉆石、金剛石晶體、金剛石復(fù)合材料、金剛石微粉及磨料、金剛線、金剛石薄膜和厚膜 /DLC 涂層、氧化鋁、石墨負(fù)極材料、硅碳負(fù)極、碳納米管、碳納米管纖維、碳纖維及碳纖維復(fù)合材料、炭/炭復(fù)合材料、活性炭、超級電容炭、多孔碳、碳氣凝膠、碳分子篩、碳化硅半導(dǎo)體材料、富勒烯、立方氮化硼及其微粉、PDC、PCD、PCBN、CVD 金剛石、
搭載的165片氣凝膠隔熱材料具有行業(yè)頂級散熱和隔熱能力。
圖片來源：小米汽車官網(wǎng)
4. 涂料制備與檢測
在汽車制造業(yè)中，涂料不僅是車輛外觀的關(guān)鍵，更是保護(hù)車體、延長使用壽命的重要屏障。小米汽車以其豐富的色彩搭配深受年輕群體的喜愛。
CAE仿真技術(shù)可以幫助工程師了解涂料的生產(chǎn)流程和性能檢測，從而優(yōu)化涂料配方，提高汽車外觀的耐用性和美觀度。
講師指導(dǎo)優(yōu)化殼體至2.0mm并加十字加強(qiáng)筋，搭配5mm氣凝膠隔熱層，仿真顯示應(yīng)力降至170MPa，蔓延時間延長至10分鐘。學(xué)員落地后，企業(yè)儲能安全事故率降80%。
加熱密閉箱體案例聚焦“均勻控溫”與“節(jié)能降耗”痛點(diǎn)，通過多類型仿真教學(xué)輸出落地方案。
工業(yè)烘箱場景針對12℃溫差、85%合格率的問題（色差率15%，返工成本占12%）。
某新能源企業(yè)學(xué)員在培訓(xùn)后，在講師指導(dǎo)下完成儲能電池組熱失控仿真報告，其中提出的“氣凝膠隔熱層+加強(qiáng)筋殼體”方案，已通過企業(yè)原型驗(yàn)證，將熱失控蔓延時間從2分鐘延長至10分鐘。
售后階段提供1個月專屬答疑服務(wù)，學(xué)員在實(shí)際項目中遇到網(wǎng)格質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、邊界條件設(shè)置錯誤等問題時，可通過專屬服務(wù)群或電話聯(lián)系講師，講師承諾24小時內(nèi)響應(yīng)并提供解決方案。
02
企業(yè)展品布局
熱管理材料主題展示區(qū)
原材料：導(dǎo)熱填料、聚合物基底材料、封裝材料等
導(dǎo)/散熱材料：熱界面材料、導(dǎo)熱高分子材料、碳材料、陶瓷基板、熱沉材料、相變材料（儲熱）等
隔熱材料：氣凝膠、泡沫隔熱材料、真空板、碳?xì)帧?fù)合保溫隔熱材料等
輔助材料與配件：離型膜、雙面膠等
液冷主題展示區(qū)
原材料：冷卻液、金屬材料等
02
企業(yè)展品布局
熱管理材料主題展示區(qū)
原材料：導(dǎo)熱填料、聚合物基底材料、封裝材料等
導(dǎo)/散熱材料：熱界面材料、導(dǎo)熱高分子材料、碳材料、陶瓷基板、熱沉材料、相變材料（儲熱）等
隔熱材料：氣凝膠、泡沫隔熱材料、真空板、碳?xì)帧?fù)合保溫隔熱材料等
輔助材料與配件：離型膜、雙面膠等
液冷主題展示區(qū)
原材料：冷卻液、金屬材料等
碳化硅氣凝膠材料不僅具有優(yōu)良隔熱性能，而且相較于其他成分的氣凝膠具有耐腐蝕，抗高溫，不易氧化的特點(diǎn)，是一種安全穩(wěn)定的環(huán)保材料。但氣凝膠質(zhì)地蓬松，所以其大規(guī)模應(yīng)用受制于其強(qiáng)度的缺乏。構(gòu)建碳化硅氣凝膠復(fù)合材料不僅可以確保一定隔熱性能，也可以使力學(xué)性能得到保證。
搭載的165片氣凝膠隔熱材料具有行業(yè)頂級散熱和隔熱能力。
圖片來源：小米汽車官網(wǎng)
4 涂料制備與檢測
在汽車制造業(yè)中，涂料不僅是車輛外觀的關(guān)鍵，更是保護(hù)車體、延長使用壽命的重要屏障。小米汽車以其豐富的色彩搭配深受年輕群體的喜愛。
CAE仿真技術(shù)可以幫助工程師了解涂料的生產(chǎn)流程和性能檢測，從而優(yōu)化涂料配方，提高汽車外觀的耐用性和美觀度。
氣凝膠是一種多孔材料，由具有空氣-氣相的微孔固體組成。獨(dú)特的互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有密度低、比表面積大等顯著特點(diǎn)，在電磁波衰減和隔熱方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。李及其同事制備了一種具有相當(dāng)大的電磁波衰減和隔熱性能的有機(jī)-無機(jī)氣凝膠型材料。梁等人通過將MXene和石墨烯相結(jié)合，制備了一種混合氣凝膠，達(dá)到了令人印象深刻的效果。
