氣凝膠材料
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
氣凝膠材料的實(shí)例教程
來源 | Small
作者 | 苗沐霖博士
香港城市大學(xué)呂堅(jiān)院士團(tuán)隊(duì)最新發(fā)表在Small期刊上的題目為 “3D-Printed Mullite-Reinforced SiC-Based Aerogel Composites” 的文章，制備出了具有優(yōu)異力學(xué)性能且可以實(shí)現(xiàn)精確熱管理功能的碳化硅氣凝膠復(fù)合材料。具有這種結(jié)構(gòu)的氣凝膠復(fù)合材料可用于汽車電池或精密器件（如集成電路、輸入/輸出芯片）的隔熱保護(hù)，并且有望應(yīng)用在電磁波吸收，污染吸附，催化劑載體，電子或燃燒設(shè)備和儲(chǔ)能裝置的高溫過濾器等領(lǐng)域。
01
背景介紹
熱管理材料是綠色能源時(shí)代中幫助提高能源效率，發(fā)掘器件最佳使用性能的關(guān)鍵一環(huán)。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。
02
成果掠影
香港城市大學(xué)呂堅(jiān)院士團(tuán)隊(duì)提出了一種制備3D打印莫來石增強(qiáng)碳化硅氣凝膠復(fù)合材料（Mullite-Reinforced SiC-Based Aerogel Composites, MR-SiC ACs）的方法。首先，配制適合直接墨水書寫（DIW）的漿料，實(shí)現(xiàn)預(yù)制件生產(chǎn)。后續(xù)通過兩步燒結(jié)過程實(shí)現(xiàn)碳化硅復(fù)合材料的制備。3D打印的結(jié)構(gòu)不僅提供了后續(xù)燒結(jié)過程中原位SiC納米線生長所需的合適的空間，而且可以作為支撐骨架提升壓縮強(qiáng)度。MR-SiC ACs材料的隔熱性能受益于多孔的打印結(jié)構(gòu)以及大量SiC納米線交錯(cuò)形成的介孔。同時(shí)燒結(jié)后的骨架表面形成的Si-O-Al非晶層也在一定程度上阻斷了熱的傳播。
展開 第一作者：張恩爽
通訊作者：張昊 研究員，李文靜 研究員
第一單位：航天特種材料及工藝技術(shù)研究所
DOI：10.1021/acsami.1c02501
在國家自然科學(xué)基金(52075510)的支持下，航天特種材料及工藝技術(shù)研究所張昊團(tuán)隊(duì)在耐高溫氣凝膠隔熱材料方面取得新進(jìn)展。在過去近10年時(shí)間里，該團(tuán)隊(duì)先后開發(fā)出耐650℃和耐1200℃氣凝膠為代表的高性能氣凝膠隔熱材料。本文中，作者針對(duì)航空航天領(lǐng)域?qū)Ω咝阅?、?400℃以上氣凝膠隔熱材料的使用需求，設(shè)計(jì)和制備了一種氧化鋁納米棒，并通過將氧化鋁納米棒與二氧化硅納米顆粒的組裝和退火過程，實(shí)現(xiàn)了耐1400℃氣凝膠材料的制備。一方面，納米棒一維單元克服了傳統(tǒng)珍珠項(xiàng)鏈狀氣凝膠骨架的弱點(diǎn)，克服高表面能帶來的燒結(jié)問題；另一方面，得益于納米棒的自支撐作用，熱處理過程使合適的硅鋁組分在高溫下生成了耐高溫的莫來石相，并保持三維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)，最終使得該材料耐溫性突破了1400℃。相關(guān)研究成果以題為“Insulating and Robust Ceramic Nanorods Aerogels with High-Temperature Resistance over 1400 ℃”發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上，論文第一作者為張恩爽博士，張昊研究員和李文靜研究員為論文的共同通訊作者。航天特種材料及工藝技術(shù)研究所為第一單位。
陶瓷氣凝膠具有耐高溫、抗氧化及熱導(dǎo)率低等特點(diǎn)，尤其是在極端條件下具有良好的隔熱性能。然而，大多數(shù)陶瓷氣凝膠是由氧化物陶瓷納米顆粒構(gòu)成的，在高溫(高于1200℃)下往往存在脆性和結(jié)構(gòu)坍塌的問題。
展開 來源 | Advanced Materials
01
背景介紹
極端環(huán)境（如深空和深海）對(duì)氣凝膠材料的熱防護(hù)性能提出了更高要求：一方面，氣凝膠需兼具超低熱導(dǎo)率（< 20 mW m
-1K
-1）和優(yōu)異力學(xué)性能（高剛性、高柔性、超彈性等）；另一方面，需突破低成本和易規(guī)?；?em>氣凝膠制備技術(shù)，也讓原本艱巨的任務(wù)變得更加困難。
02
成果掠影
近日，東華大學(xué)朱美芳院士團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了“多孔磚和纖維”結(jié)構(gòu)的仿貝殼納米復(fù)合氣凝膠（SCQs），通過在層狀纖維素納米纖維凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位生長介孔無機(jī)礦物來實(shí)現(xiàn)?；诳缇S度、跨尺度的結(jié)構(gòu)適配工作原理，該有機(jī)無機(jī)納米復(fù)合SCQs在環(huán)境壓力干燥過程中具有快速結(jié)構(gòu)回復(fù)能力，為氣凝膠材料的低成本規(guī)?；苽涞於ɑA(chǔ)。制備得到的納米復(fù)合氣凝膠具有優(yōu)異的抗壓性能，可以承受成人的壓力而不變形，即使在更大的應(yīng)力下（1.6噸汽車碾壓），依然能夠恢復(fù)其原始形狀，同時(shí)具有優(yōu)異的彎曲柔性以適應(yīng)各種防護(hù)表面；另一方面，該氣凝膠具有優(yōu)異的絕熱性能，熱導(dǎo)率值低至17.4 mW m-1 K-1，遠(yuǎn)低于理想的絕熱體-靜止的空氣，與目前航天用隔熱材料-多層隔熱氈相比，不僅具有更優(yōu)異的耐熱性能，而且在一個(gè)大氣壓或稀薄氣壓環(huán)境均具有更優(yōu)異的隔熱性能。多方面綜合優(yōu)勢使這一氣凝膠材料在航空航天、國防軍工以及智能電子熱防護(hù)領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。
展開 碳納米纖維材料因具有高的比表面、優(yōu)異的機(jī)械性能及高電導(dǎo)率等優(yōu)異的物理性質(zhì)而受到廣泛關(guān)注，在能源、催化、環(huán)境、聚合物等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前針對(duì)特定應(yīng)用的功能化碳納米纖維材料的理性設(shè)計(jì)合成及性能優(yōu)化，仍然是制約其實(shí)際應(yīng)用的瓶頸。特別是，廉價(jià)、宏量、可持續(xù)制備碳納米纖維氣凝膠尚未實(shí)現(xiàn)。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏研究團(tuán)隊(duì)提出了一種催化熱解的方法來改變木質(zhì)納米纖維素的熱解過程，首次以廉價(jià)的木材為原材料制備了高質(zhì)量的超細(xì)碳納米纖維氣凝膠材料，該成果以“Wood-Derived Ultrathin Carbon Nanofiber Aerogels”為題，發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志上（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 7085-7090）。論文的第一作者是博士生李思成。
基于木質(zhì)納米纖維素制備超細(xì)碳納米纖維氣凝膠材料
纖維素材料廣泛存在于自然界的植物中，由于其廣泛的來源、低成本以及對(duì)環(huán)境的友好，木質(zhì)纖維素材料是一種理想的制備碳納米纖維氣凝膠的前驅(qū)物。但是，因?yàn)槟举|(zhì)纖維素納米纖維極小的尺寸使其在熱解制備碳纖維過程中劇烈收縮而無法保持纖維的形態(tài)，迄今為止尚沒有使用木材為原材料成功制備碳納米纖維氣凝膠的先例。為此，研究人員提出了一種催化熱解的方法，通過使用對(duì)甲苯磺酸催化木質(zhì)納米纖維素在熱解前期迅速脫水，并改變其熱解過程和中間產(chǎn)物，使得納米纖維素在熱解后具有高的碳產(chǎn)率的同時(shí)，還能夠保持很好的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。該催化熱解轉(zhuǎn)化方法可將廉價(jià)豐富的自然界中的前驅(qū)物材料轉(zhuǎn)化為高附加值的碳納米纖維材料，對(duì)于發(fā)展可再生材料的綠色化學(xué)合成具有指導(dǎo)意義。
由該方法制備的超細(xì)碳納米纖維平均直徑僅為6 nm, 具有很高的電導(dǎo)率（710.9 S m-1）和比表面積 (553~689 m2 g-1)。
展開 來源 | Materials Today Communications
01
背景介紹
氣凝膠具有密度小、孔隙率高、導(dǎo)熱系數(shù)低等特點(diǎn)，是一種理想的保溫材料。環(huán)境與資源的矛盾也要求利用可再生資源開發(fā)氣凝膠。纖維素基氣凝膠除了具有傳統(tǒng)氣凝膠的優(yōu)點(diǎn)外，還具有生物相容性、環(huán)境友好性和可生物降解性，是最豐富的天然可再生資源，是一種受歡迎的可持續(xù)保溫材料。盡管許多研究取得了令人滿意的結(jié)果，但提高纖維素基氣凝膠的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和多功能性仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。對(duì)不同制備方法的纖維素氣凝膠進(jìn)行了一些研究報(bào)道，但在上述研究中，纖維素氣凝膠的功能僅限于保溫，而纖維素固有的低導(dǎo)電性限制了其作為多功能氣凝膠的應(yīng)用。作為另一種重要的氣凝膠材料，碳基氣凝膠可以抑制骨架和孔隙中固體和氣體的熱傳導(dǎo)，減少輻射傳熱，使其具有超低密度、高熱穩(wěn)定性和良好的導(dǎo)電性。但熱管理性能，包括焦耳加熱和光熱性能，在這些工作中很少討論。
02
成果掠影
近期，大連理工大學(xué)王海針對(duì)用于熱管理的可再生的氣凝膠多功能材料取得最新進(jìn)展。近期，大連理工大學(xué)王海針對(duì)用于熱管理的可再生的氣凝膠多功能材料取得最新進(jìn)展。該文將羧化纖維素納米纖維(CCNF)與碳納米管(CNT)、氧化石墨烯(GO)或碳纖維(CF)通過定向冷凍法制備了一系列纖維素和納米碳復(fù)合氣凝膠。雙向冷凍的CCNF/納米碳氣凝膠由于水平和垂直溫度梯度誘導(dǎo)的橋結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出更高的抗壓強(qiáng)度。同時(shí)，雙向冷凍的CCNF/碳氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)也低至0.0308 W/(mK)；煅燒后增大至0.0388 W/(mK)。CCNF基質(zhì)中分散的線性碳材料CF和碳納米管導(dǎo)致了CCNF/納米碳氣凝膠的熱電、焦耳加熱和光熱性能，煅燒也促進(jìn)了這些性能。
展開 
氣凝膠材料的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
氣凝膠材料的最新內(nèi)容
：氣凝膠材料（碳基、二氧化硅、二氧化鋯、氧化鋁等）、碳?xì)帧?fù)合硅酸鹽材料等
導(dǎo)熱散熱組件：
熱管/均熱板，覆銅板，功率器件（碳化硅、氮化鎵、氧化鎵、MOSFET、IGBT）及模塊等
散熱風(fēng)扇配件：銅、鋁制品、鋁器材、散熱型材、鐵散熱片、鈑金、五金沖壓件、機(jī)箱、散熱墊、翅片管、導(dǎo)熱管、導(dǎo)熱板、散熱模塊、觸控板、風(fēng)扇網(wǎng)罩、風(fēng)機(jī)、電機(jī)、馬達(dá)、風(fēng)扇自動(dòng)組裝機(jī)、散熱器焊接等；
散熱設(shè)備
搭載的165片氣凝膠隔熱材料具有行業(yè)頂級(jí)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。
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(chǔ)熱）等
隔熱材料：氣凝膠、泡沫隔熱材料、真空板、碳?xì)?、?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(chǔ)熱）等
隔熱材料：氣凝膠、泡沫隔熱材料、真空板、碳?xì)?、?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(jí)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。
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。盡管這些氣凝膠表現(xiàn)出非凡的性能，但它們往往高溫下的坍塌阻礙了它們的實(shí)際應(yīng)用。
02
成果掠影
近期，東華大學(xué)張禮穎團(tuán)隊(duì)針對(duì)如何制備較小體積收縮率的多孔PI氣凝膠取得最新進(jìn)展。
來源 | Nature Communications
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背景介紹
近年來，具有個(gè)人熱管理功能的智能溫控紡織品引起了人們的極大關(guān)注，它可以在各種環(huán)境溫度下為穿著者提供先進(jìn)的熱舒適功能，從而最大限度地減少能源消耗。如航空航天和消防現(xiàn)場，需要輕質(zhì)超薄的面料來保證穿著者的工作效率和安全。新興的氣凝膠纖維/織物繼承了氣凝膠的三維多孔結(jié)構(gòu)和纖維的柔韌性，以其輕質(zhì)
來源 | ACS Applied Materials & Interface
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背景介紹
由于氣凝膠在航空航天工業(yè)、軍事行動(dòng)和靠近火源等惡劣環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，其高溫?zé)岱雷o(hù)受到了研究人員的廣泛關(guān)注。特別是，聚酰亞胺、酚醛、芳綸等有機(jī)氣凝膠由于其低密度而非常有利，其中具有高炭產(chǎn)率的酚醛樹脂氣凝膠(PRA)作為一種有能力的燒蝕劑很受歡迎，為了在高機(jī)械應(yīng)力和高熱載荷條件下獲得更好的力學(xué)性能
來源 | 中科潤資公眾號(hào)
近日，中科潤資通過前驅(qū)體金屬氧化物注入、控制濕凝膠介孔成型， 并調(diào)整纖維載體成分和直徑比例分布，優(yōu)化惰性氣體置換條件等技術(shù)措施，成功將硅系纖維氣凝膠復(fù)合材料在高溫段（500℃）的導(dǎo)熱系數(shù)降低至0.044w/m·k（穩(wěn)態(tài)熱防護(hù)板法 GB/T 10294-2008，ASTM C177-19），并滿足在1300℃時(shí)長效穩(wěn)定絕熱，達(dá)到世界領(lǐng)先水平
