气凝胶材料上演应用秀
2019-12-19
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保温 节能 吸附

质地轻薄、干脆、微透,颜色呈淡粉、淡蓝、乳白……南京工业大学材料科学与工程学院实验室研发的隔热用、吸附用、载药用、光催化用和抗菌用等一系列气凝胶材料,以其具有的神奇功能促进了建筑、工业生产等领域的革新。

建筑保温防火灾

  气凝胶是一种三维纳米网络结构的纳米材料,具有低密度、高比表面积和低热导率等优异性能,可用于建筑保温和工业生产保温,甚至可以代替非承重墙体结构。

  该校材料科学与工程学院博士生刘思佳是气凝胶材料研究的“老杆子”,本科二年级时他开始在崔升教授课题组做气凝胶保温相关的研究。据他介绍,我国气凝胶的研究始于上世纪90年代,经过近30年的发展,现已广泛投入市场应用。

  刘思佳使用发泡水泥、泡沫玻璃及发泡陶瓷等作为基体,结合真空浸渍和快速乙醇超临界干燥工艺,制备出一系列发泡基体复合SiO2气凝胶隔热材料。这一发明克服了气凝胶材料无法承重的缺陷,使气凝胶具备抗压折能力,甚至可作为承重材料用在某些特定结构中,替代非承重墙体。“另外,气凝胶属A级保温材料,遇到火星不会燃烧,将它作为保温材料也能避免火灾的发生。”崔升补充道。

  除了作为墙体保温材料,气凝胶还可制作成玻璃窗,增强玻璃的保温效果。应用到玻璃上的气凝胶有颗粒状和块状2种。其中块状气凝胶玻璃窗透光率可达0.75,隔音效果非常好。

工业节能增效益

  晶硅生长炉是光伏行业重要生产设备,其内部较高的生产温度急需采用**节能保温隔热材料来降低生产能耗。

  南京工业大学材研1602班的锁浩同学对光伏行业中晶硅生长炉进行节能改造,提出制备成本低、使用周期长、高温热导率低的新型碳纤维增强碳化物气凝胶材料,可替换晶硅生长炉中高纯石墨毡,突破国外技术和资金双重壁垒。该项目在刚刚结束的第十六届“挑战杯”竞赛江苏省比赛中荣获特等奖。

  锁浩介绍说:“我们采用廉价无机铝盐和硼源为原料,碳纤维作为增强材料,突破多项关键技术,制备出常温热导率低于0.05、*大压缩强度为9.1MPa、热稳定性好的碳纤维增强碳化物气凝胶。”据悉,该产品目前已在晶科能源控股有限公司和宿迁新材料研究院进行中试研究,完成了碳纤维增强碳化物气凝胶材料中试生产线购置、中试生产和应用研究等工作。

应用前景很广阔

  气凝胶拥有广阔的应用前景,可应用于航空航天、石油化工、新能源、汽车列车等领域。“如果在笔记本和手机底面用上这样的保温材料,可引导热量从周边散出,有助于提高散热效率、增强使用舒适度。”崔升介绍说,“气凝胶还可以应用到新能源汽车的锂电池上,在锂电池之间加上气凝胶产品,可以防止每块锂电池的热量互相影响,也可进一步防止电池因高温而导致燃烧。”

  近年来,南京工业大学的气凝胶成果已在多家企业实现了产业化应用。其中,基于纳米气凝胶绝热材料的保温管道、保温水箱等项目,已累计实现经济效益近2.5亿元。在吸附领域,聚丙烯纤维复合气凝胶材料系列产品有效应对油污处理,也累计实现经济效益5400余万元。


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