气凝胶基础知识

气凝胶是一种内部网络结构充满气体，外表呈现固体状密度极低的多孔材料。它的网络结构一般是由相互交联的纳米颗粒所组成，其中颗粒内部的孔隙主要是微孔，颗粒与颗粒之间则大多是2 nm 上的中孔或大孔。因其密度极低（3kg/m3），曾获得吉尼斯纪录“世界上最轻的固体”称号。气凝胶作为一种纳米多孔结构材料的固体新材料，具有超轻、隔热、透明、保温、防火等优异特性。

　　　从成分构成分类是气凝胶最普遍的区分方式，分为单一组分和复合组分两大类。单一组分气凝胶包括氧化物气凝胶（二氧化硅和非二氧化硅），有机气凝胶（树脂基和纤维基），碳气凝胶（碳化塑料、碳纳米管和石墨烯），硫化物气凝胶和其他种类的气凝胶（单一元素、碳化物）；复合组分气凝胶包括多组分气凝胶、梯度气凝胶以及微/纳气凝胶复合物。其中硅气凝胶、碳气凝胶和二氧化硅气凝胶最常见。

　　　二氧化硅气凝胶独特的微观纳米结构使其具有低密度、高比表面积和高孔隙率的特点。这些特点使其在热学、光学、电学、声学等方面均有独特的优良性质，可作为高效隔热保温材料、声阻抗耦合材料、低介电绝缘材料、催化剂及催化剂载体等，其中高效隔热保温材料的应用较为广泛。二氧化硅气凝胶在保温隔热领域的主要应用产品形式有4种：气凝胶粉体/颗粒；气凝胶毡；气凝胶板；气凝胶玻璃，其中涂料行业主要在气凝胶粉体的基础上制备气凝胶涂料。

保温原理

　　热量的传导总是由高温区向低温方向传递，热量的传导有固体热传导、空气对流热传导、辐射热传导3种方式。气凝胶保温涂料的特点是：能够将上述3种热传导途径进行有效阻隔或屏蔽。在涂料组分中，起关键隔热作用的是纳米SiO2气凝胶，其次是六钛酸钾晶须和空心玻璃微珠。纳米SiO2气凝胶是一种保温隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80%～99%，孔洞的典型尺寸为2～50nm，平均孔径为20nm，比表面积为600～1000m2/g，表观密度为0.003～0.35g/cm3，室温导热系数可低达0.013W/(m k)，即使在800℃高温下，其导热系数才为0.043W/(m k)，且高温下不分解，无有害气体放出，是纯绿色环保材料，其缺点是强度低、脆性大，单独使用困难。将纳米SiO2气凝胶与硅酸铝纤维和空心玻璃微珠混配，在弹性成膜物的交联作用下，可大大改善涂层的物理机械性能。