吉林建筑大学材料科学与工程学院 吉林省长春市新城大街5088号 130118
摘要：二氧化硅气凝胶是一种密度很低的多孔材料，孔径分布均匀、透光度好，因其特殊的纳米多孔结构，具有孔隙率高的特点，热导率十分低，是现阶段已知热导率最低的固体材料。由于组成气凝胶骨架的结构单元比可见光波长小，因而具有很好的透光性能。
关键词：二氧化硅气凝胶；隔热材料
Abstract:Silica aerogel is a kind of low density porous material, uniform pore size distribution, good penetrability, because of its special nano porous structure, has the characteristics of high porosity, thermal conductivity is very low, is at present known minimum thermal conductivity of solid material.Because of the aerogel skeleton structure unit are smaller than the wavelength, and therefore has the very good pervious to light performance.
Keywords:SiO2 aerogels,heat insulation coatings
资金来源：吉林建筑大学大学生创业项目（201610191022）
引言
中国的建筑能源浪费非常严重，而建筑能耗增长比中国能源可生产的速度要快得多，建筑能耗已成为制约经济持续发展的要害因素之一。在建筑过程中，通过使用先进的节能材料和合理的节举措，能减少高达 80%的建筑能耗，这能够大大缓解国家能源紧张的状况，促进中国国民经济建设稳定的发展。其中通过使用保温隔热材料是来降低建筑能耗的主要措施之一，但传统建筑保温材料已越来越难满足目前建筑节能的需求。
保温隔热涂料是近年来发展十分迅速的一种新型功能型涂料，它能够有效地阻止热传导，降低涂层表面和内部环境的温度，其用于建筑物的表面可达到降低建筑物内部温度，达到减少能源消耗的目的。目前国内和国外对隔热材料研究蒸蒸日上，隔热材料正在由工业隔热保温逐渐转为建筑隔热保温，今后建筑隔热涂料注定是隔热保温材料的主要发展方向之一。建筑保温隔热涂料的质量和性能及其发展是建筑节在众多的隔热材料中，建筑隔热涂料以其经济性，使用方便性和降温效果好等优势，被广泛地接受并且得到大量的应用, 从而达到改善工作条件，降低能耗的目的。因而在建筑外墙、船舶甲板、汽车外壳、油罐外壁和军事航天等领域被广泛应用。
1 气凝胶简介
气凝胶是一种兼具超轻、隔热、透明、防火等诸多优异特性的多孔材料，它是目前已知的热导率最低的固体材料。SiO2气凝胶具有独特的孔结构，孔隙率高达90%，比表面积为800-1000m2/g，这种结构可以降低SiO2气凝胶导热系数，增强了保温隔热能力[2]。气凝胶隔热涂料已经成为近年来研究较多的新型隔热涂料之一。但是，SiO2气凝胶涂料还存在成本高、分散性和团聚现象等问题还没有很好地解决，严重阻碍了SiO2气凝胶保温隔热涂料的发展。由于气凝胶自身的独特结构和优越的性能，使其在隔热材料方面有着巨大的应用潜力。
2 —二氧化硅气凝胶在隔热材料中的应用：
耐高温随着研究的不断深入，二氧化硅气凝胶的性能得到改善，被广泛地应用于航空航天、船舶、建筑、新能源、石油化工等纵多领域。
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(1)在石油化工方面的应用
在开采海底油田和气田时，油气输送的一项关键任务是输送未加工的碳氢化合物。这些碳氢化合物处于高温高压状态下，随着输送距离的延长，若没有充分的绝热，这些碳氢化合物将发生冷却并生成水合物或蜡化，最终堵塞流送管。气凝胶卓越的保温性能可以很好的解决这一问题，能够有效的降低在输送过程中热量的损失。
(2)在船舶方面的应用
随着远洋运输、海上油田的发展，与之配套的海上钻井平台、石油运输船、液化天然气船，液化石油气船等发展迅速。这些特种船舶对于隔热保温和防火分别提出了更高的要求，也成为气凝胶材料新的应用平台。
(3)在航空航天方面的应用
20世纪90年代，美国航空航天局(NASA)先后把气凝胶成功应用于航天飞机隔热瓦和宇航员的太空服。并在“星尘计划”中，使用气凝胶材料首次成功采集到彗星尘埃。该计划1981 开始投入筹划，1994年美国航天总署接受提案；1999 年升空的“星尘号”，2004 年接近“维尔德二号”(Wild 2)彗星时，张开一个表面充满气凝胶的八角形采集器，开始采集彗星周边和星际间的星尘微粒，并于 2006 年带采样成功返航。
(4)在荧光材料方面的应用
在荧光材料与发光薄膜的研究中也进行了以气凝胶为基材的研究。王淑萍等以TEOS为原料，用盐酸作催化剂，并加人浓度为0.08mol/L的N,N-二甲基甲酰胺制得透明溶胶，在100℃下干燥24h制得了复合发光体。
(5)在生物传感器方面的应用
生物传感器一般是将生物分子包埋于聚合物胶、膜或表面活性剂基底中，但该方式易导致生物分子在聚合物内生物活性的丧失。TastsuY以为正硅酸乙酯原料采用溶胶-凝胶法制备了含有葡萄糖酶的气凝胶酶，该酶的活性在4℃保存2个月。
(6)在建筑方面的应用
在建筑方面的应用相对于目前使用的聚苯、聚氨酯类有机泡沫板，SiO2气凝胶不仅保温隔热效果更好，而且具有优良的阻燃性能，可以有效的防止火灾的发生。气凝胶的耐老化性能也十分良好，可以保证外保温体 30 年不老化。同时由于气凝胶的透光性，还可以用来制作透光屋顶与窗户。并且，由于气凝胶的低声速特性，决定其是一种理想的声学延迟或高效隔音材料。利用气凝胶材料当作窗户，不但透明度高，能量效率也与实心墙相仿，而且降噪效果比普通的双层玻璃强两倍。
(7)其他应用
气凝胶在其它方面的应用由于气凝胶表面有成百上千的小孔，所以是非常理想的吸附水中污染物的材料。美国科学家最新制备的气凝胶，能够吸出水中铅和水银。在电学性质方面，由于其具有低介电常数、高比表面积、高介电强度等特点，气凝胶有非常优越的表现。尤其是有机气凝胶和金属氧化物气凝胶，是非常优异的介电体，可用作高压绝缘材料，高速或超速集成电路的衬底材料，真空电极的隔离介质以及超级电容器。
3 结语
目前，国内保温涂料还没有得到广泛的应用，随着科学技术的飞速发展，保温涂料的应用领域不断扩大，为保温涂料的研究与发展提供了前所未有的机遇和可能性。而今，随着能源的日益紧缺，节能降耗成为科技开发的基本目标之一，在我国能源消耗中，建筑能源大约占全国能源消耗的四分之一，而建筑用绝热材料仅占保温隔热材料总量的11%左右，可见建筑节能潜力很大，大力发展建筑隔热节能涂料及相关技术具有广泛的应用前景，同时，人们对隔热机理还在不断深入的研究，许多新型的隔热保温材料会陆续开发出来，保温隔热涂料将朝着更加多元化的方向发展。
参考文献
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论文作者:孙福强,张校铜,刘哲
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第14期
论文发表时间:2017/12/19
标签：凝胶论文; 涂料论文; 建筑论文; 材料论文; 隔热材料论文; 研究进展论文; 性能论文; 《建筑科技》2017年第14期论文;