气凝胶由Samuel S. Kistler在1930年代发明,是人类已知密度最小的固体,也被称为“冷冻烟雾”“蓝色烟雾”“固体烟雾”等,它由90%空气组成,是一种绝缘体,其隔热效率是玻璃纤维和泡沫的四倍。气凝胶是通过从凝胶中除去所有液体直到充满空气而形成的,这个过程遵循“超临界染色”过程,以前该过程通常需要几天,随着科研技术发展,现在已能将干燥时间压缩到几个小时。气凝胶制品则是由气凝胶衍生出来的复合材料,例如气凝胶板是以纳米二氧化硅气凝胶为主体材料,通过特殊工艺复合而成的柔性保温毡等,可用于隔热保温等多种用途。
气凝胶及其制品的应用领域
航天航空领域
美国宇航局曾使用气凝胶作为捕获介质来收集非常小的星际和彗星颗粒,这些颗粒会嵌入多孔气凝胶中。俄罗斯“和平”号空间站、美国“火星探路者”探测器和“火星漫步者”探测车、中国“长征五号”运载火箭和“祝融号”火星车都曾使用气凝胶材料进行绝热保温,“星辰号”飞船用气凝胶做的采集“手套”来收集彗星尘。
在飞机上,气凝胶可以作为外层材料,起到防辐射、吸收红外线和漫反射波实现隐形功能,屏蔽自身电子信号实现反侦察的功能;气凝胶也可用于军用保温帐篷等航空航天相关的军事应用领域。
建筑领域
墙壁:外墙上的气凝胶隔热层可防止热量逸散到外部环境中。气凝胶毡或板可用于隔离墙壁的外部和内部,为有潮湿问题的墙壁隔热提供一站式解决方案,因其防潮性能,也适用于潮湿墙壁的隔热。
屋顶:房屋可能会通过未隔热或隔热不良的屋顶损失高达25%的热量,气凝胶隔热材料用于屋顶隔热,可以满足冬暖夏凉、节省能源、减少二氧化碳排放并保护房屋免受结构损坏等要求。
门框:在建筑中,门框架占建筑围护结构比例高达25%,若框架未隔热,可能会通过螺柱造成大量热量损失,气凝胶隔热材料的疏水特性通过紧密密封门窗框提供额外防水屏障,限制或减少与空气泄漏相关的热量损失。
地板:气凝胶隔热材料热效率高、压缩强度高且薄型,用于地板隔热安装既简单又快速,且不干扰门配件,是地下室翻新的成本效益解决方案,还可与辐射地板一起使用以节省能源并实现更快加热周期。
窗户:气凝胶制品可解决高效窗户的漏风和冷桥问题,用于窗户隔热,若仅将气凝胶隔热材料应用于墙壁表面但不在窗外使用,会降低窗户和窗外温度。
新能源领域
在新能源汽车中,气凝胶隔热片主要用于电池包中、电池单体之间的隔热、阻燃,也可用于车身的隔热、阻燃。广泛应用于新能源车电池模组间隔热、电芯间隔热防护、车体及电池壳体整体隔热等热管理中,以及新能源乘用车电芯及模组间隔热、阻燃、缓冲,起热失控防护作用。
在3C电子产品中可用于隔热等,如在蓄热式电炉、冰箱等家用电器,电子通讯设备、航空航天、军用电子设备等有限空间内有高效保温需求的设备中可应用气凝胶产品。
石化领域
气凝胶凭借极佳的隔热保温性能可以作为外保温材料,如用于蒸馏塔、反应管道、储罐、泵、阀门、天然气和LNG液化气管道、深海管道等。在高温蒸汽、导热油或流体介质管线外包裹气凝胶,一方面减少管道暴露损失热量,另一方面由于这些区域往往受到重量、空间的限制,而气凝胶轻量又轻薄,是理想的材料。在海上漏油事故处理中,气凝胶质量轻、吸附能力极强,也得到认可。
环保领域
纤维素气凝胶可作为吸附剂从水中吸附油和其他有毒有机物,被广泛地应用于吸附脱除染料废水。
军工领域
东风 - 17以气凝胶隔热材料作为外衣,使其在极快加速度下不被空气摩擦产生的高温破坏,且气凝胶材料良好的透波性能不会阻挡东风 - 17内部的制导装置。气凝胶可以作为飞机、舰船/艇、坦克、导弹等的外层材料,起到防辐射、吸收红外线和漫反射波实现隐形功能,屏蔽自身电子信号实现反侦察的功能;在水下探测中气凝胶的低声速和高孔隙超轻质特性使之成为比较理想的超声探测器的声阻耦合材料和最佳水声反声材料,当然也用于军用保温帐篷等领域。
交通领域
在汽车中可用于防火隔热保温降噪层,大容量电池组防火防水保温盒;在危险化学品运输车、液化天然气运输船等特种运输工具中可用于保温防火层;在高铁和地铁车体可用于保温隔热降噪防火层等。在交通事故引发的火灾中,可在发动机仓和驾驶舱之间加一层气凝胶防火隔离墙,阻隔火势蔓延到驾驶舱中。
埃樂杰ARG-PS015气凝胶浆料 是以高性能SiO₂气凝胶为主要原料,采用独有的特殊工艺,将疏水的SiO₂气凝胶颗粒分散在水介质中,制备而成的具有高效隔热保温性能的浆料,本款产品完美的解决了气凝胶在使用和运输过程中的粉尘问题,并最大程度的保留气凝胶的结构。该浆料的干燥涂层在常温下的导热系数可低至0.018W/m·k,干浆密度低至60kg/m³,干燥完后水性的气凝胶浆料又会呈现疏水特性。气凝胶浆料是一种轻质高效隔热防水材料的理想添加成分,特别是在一些水性隔热涂料和其他复合保温材料中具有十分优异的使用效果。除此以外,埃樂杰还有ARG-SD-C1气凝胶涂层料、ARG-ST-SD气凝胶隔热膜、ARG-PF气凝胶保冷毡等。