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氣凝膠材料是目前已知最輕的固體(ti) 材料，當前最輕的氣凝膠是一種“全碳氣凝膠”，密度僅(jin) 有0.16mg/cm³ （去除空氣密度），已經做到了空氣密度的1/6。把這種材料放在花朵上，柔軟的花蕊幾乎沒有變形。該材料被《科學》雜誌譽為(wei) “可以改變世界的神奇材料”。早期由於(yu) 氣凝膠製造技術不成熟、成本高，僅(jin) 局限在航天等特殊領域。隨著技術進步和產(chan) 業(ye) 迭代，氣凝膠正處在最新產(chan) 業(ye) 化浪潮的快速發展中，隨著技術的革新和成本下降，工業(ye) 和民用領域對氣凝膠材料的產(chan) 業(ye) 化應用打開了越來越多的潛在市場。憑借極低的體(ti) 積密度及納米網格結構，氣凝膠導熱係數比常溫下靜態空氣還低，是迄今為(wei) 止隔熱材料。我國是基建大國，在建築領域每年所需要消耗的能源和耗材一直居於(yu) 世界高位。目前在該領域氣凝膠所展現出來的潛力點主要體(ti) 現在保溫效果好、降低能耗、材料質量輕、理化性能穩定、適用性廣泛。
一、氣凝膠製備方法
矽酸鈷(CS)@RFR核殼納米帶氣凝膠合成示意圖
該研究提出了一種簡單的方法，通過在水溶液中原位聚合RFR，然後冷凍幹燥，合成矽酸鈷(CS)@RFR核殼納米帶氣凝膠。氫鍵和範德華力觸發RFR塗層納米帶的交聯，導致納米帶凝膠化，形成機械穩定的水凝膠單體(ti) ，通過冷凍幹燥轉化為(wei) 氣凝膠單體(ti) ，體(ti) 積不會(hui) 收縮。這些rfr包裹的接頭與(yu) 機械柔性納米帶一起作為(wei) 構建塊，賦予氣凝膠在壓縮下的超彈性性能，長達1000次壓縮循環的長期循環穩定性，最小的塑性變形和抗壓強度退化，以及0.16的超低能量損失係數，這是以前報道的基於(yu) rfr的氣凝膠從(cong) 未實現的。此外，研究還證明了可壓縮複合氣凝膠的導熱係數為(wei) 41.5 mW·(m K)−1，並且具有阻燃性，這使它們(men) 成為(wei) 有前途的隔熱和防火材料。
1、冷凍幹燥得到的複合氣凝膠圖像
機械穩定的水凝膠單體(ti) 從(cong) 反應器中取出，浸泡在淡水中洗滌24小時，然後用液氮快速冷凍，並在- 50℃的溫度下在80 Pa的真空下冷凍幹燥，形成無體(ti) 積收縮的氣凝膠單體(ti) 。
2、複合氣凝膠掃描電鏡(SEM)圖像
氣凝膠由大量的納米帶連接而成，這些納米帶的長度約為(wei) 10-20 μm，寬度為(wei) 100-300 nm。我們(men) 可以清楚地觀察到兩(liang) 個(ge) 或多個(ge) 納米帶相遇的接頭被RFR塗層緊密包裹。
3、複合氣凝膠的力學性能
與(yu) 傳(chuan) 統間苯二酚/酚醛氣凝膠的脆弱特性相反，CS@RFR納米帶氣凝膠在壓縮下表現出出色的彈性，可以承受60%的變形，並恢複到原始狀態，而不會(hui) 發生結構崩潰。
重要的是，氣凝膠在- 196°C的極低溫度下仍保持超彈性，這意味著該複合氣凝膠適用於(yu) 條件。
4、複合納米帶氣凝膠的隔熱性能
在180℃下加熱時，氣凝膠在熱段的紅外圖像顯示T1為(wei) 60℃，ΔT為(wei) 120℃。在加熱30 min時，ΔT沒有明顯變化，說明氣凝膠的保溫能力穩定。
為(wei) 了證明其阻燃性能，實驗使用丁烷噴燈的火焰來燃燒複合氣凝膠。觀察到我們(men) 的複合氣凝膠不能被點燃，說明複合氣凝膠具有出色的阻燃性能。
二、氣凝膠製備的應用
研究所得到的水凝膠單體(ti) 可以通過冷凍幹燥方法在不改變體(ti) 積的情況下轉化為(wei) 氣凝膠。由於(yu) 低密度和有機-無機雜化性質，該複合氣凝膠還具有良好的隔熱和耐火性能。優(you) 異的機械和隔熱性能可以促進我們(men) 的複合氣凝膠在隔熱、儲(chu) 能和催化劑支撐方麵的實際應用。
氣凝膠外牆塗料用途很廣，常規產(chan) 品主要成分為(wei) 聚酯乳液，以SiO 2氣凝膠粉和空心玻璃微珠為(wei) 保溫隔熱材料，通過傳(chuan) 統水性塗料的使用方法進行施工，主要用到的領域涵蓋了建築外飾幕牆、牆體(ti) 屋麵等保溫隔熱低溫管道和化工領域儲(chu) 罐管道、通信基站、船舶和汽車火車集裝箱。
富睿捷凍幹實驗室0.6㎡原位凍幹機所做防火材料
氣凝膠內(nei) 牆功能塗料用途實際上前景很大，在采用了環保材料內(nei) 牆漆的基礎上通過添加抗菌殺菌材料可以演變成為(wei) 醫院和病毒研究所如抗疫情的臨(lin) 時醫院，而在家庭廚衛領域可以提高耐汙性、耐擦洗性、和除味功能，針對特殊刺激氣味可以有效的起到淨化功能。
氣凝膠絕熱氈是采用納米級纖維絲(si) 為(wei) 基材，通過自主創新的納米複合工藝製備而成，該材料具有超低的導熱係數，厚度比傳(chuan) 統保溫產(chan) 品薄75%，在狹小的區域內(nei) 或易發生機械碰撞的領域使用，便於(yu) 施工。是工業(ye) 管道保溫、儲(chu) 罐四季恒溫、汽車防火隔熱材料和建築保溫等領域較為(wei) 理想的保溫隔熱材料。主要用到的領域涵蓋了長輸熱力管網，有限空間絕熱，高溫高濕環境絕熱，防火隔熱雙重需求，儲(chu) 罐車運輸管道等。
氣凝膠防火保溫板是以聚苯板為(wei) 基板，經過特殊工藝將氣凝膠材料包覆甚至混勻到聚苯材料中形成隔離層，達到阻燃效果。該產(chan) 品具有防火、防水、保溫、隔熱、與(yu) 防脫落等性能，是建築領域較為(wei) 理想的防火保溫材料。主要應用場景是建築物外牆保溫層，在我國四季氣候差異明顯的地理環境中有著廣泛的使用前景。
除此之外，還有“零能耗”小屋，它是裝氣凝膠保溫隔熱牆板，有效隔斷屋內(nei) 與(yu) 外界的溫度傳(chuan) 遞，實現了防火、隔熱保溫、綠色環保的優(you) 秀性能。“零能耗小屋”全係統采用了被動式建築節能方式，融合了多種綠色新材料的功能特性，真正意義(yi) 上實現了冬天不冷、夏天不熱的“零碳排放”目標。具體(ti) 應用在公安崗亭、核酸檢測小屋、隔離房、簡易車間等。
作為(wei) 綠色建築材料新型材料，先進氣凝膠能夠 提升建築結構的整體(ti) 保溫節能效果以及 降低火災的危害，為(wei) 人身和財產(chan) 安全提供更多防護。同時，氣凝膠產(chan) 業(ye) 將推動節能建材的結構性調整與(yu) 升級，形成國民經濟新的增長點，對於(yu) 促進建築節能產(chan) 業(ye) 的發展具有重大意義(yi) 。
三、富睿捷凍幹機推薦
富睿捷原位凍幹機Mercury係列包含0.1㎡、0.3㎡、0.6㎡、1㎡機型，不僅(jin) 可以做凍幹處理，還能真正實現整個(ge) 凍幹過程可控，使得樣品凍幹效率更高，能耗更低，凍幹的品質更佳，樣品結果均一性高，凍幹工藝的重複性好。另外，還可以實現凍幹工藝的摸索，優(you) 化，放大工藝，共晶點測試等。製冷係統采用自主研發混合製冷技術，可實現溫度更低，穩定性更好。不鏽鋼冷阱的冷凝溫度達-80°C左右，凍幹倉(cang) 真空度可達 0.2Pa。
原位凍幹機優(you) 勢：
▶內(nei) 置直立式不鏽鋼冷阱盤管，能夠更捕獲樣品凍幹過程中升華的水汽，使得凍幹倉(cang) 裏的水汽更少，避免水汽在凍幹倉(cang) 內(nei) 形成內(nei) 循環，讓倉(cang) 體(ti) 內(nei) 的水汽液化成液滴附著在樣品，整個(ge) 過程是放熱反應，如若處理不當會(hui) 造成有些樣品融化、變質或坍塌等；
▶標配高精度皮拉尼真空計，保證真空度的準確性，能夠更好的完成凍幹實驗，最終實現品質、效率，能耗的平衡；
▶智慧化凍幹終點判定係統，可以預判凍幹完成時間點。可避免通過采樣檢測，外掛檢測等方式判斷凍幹是否完成，讓整個(ge) 實驗過程省時，省心，省力。
▶預凍溫度可達-76℃，可充分保證樣品凍結狀態，做好樣品的預凍處理，也保證了諸如一些低共晶點樣品不會(hui) 因為(wei) 溫度不夠而融化或預凍不結實等問題。
▶隔板控溫範圍-55°C~70℃，更大的溫度調控範圍，為(wei) 凍幹曲線摸索和優(you) 化，工藝放大提供便利條件，提供更大範圍的凍幹過程的隔板溫度調控，實現凍幹效率的，包括探尋最佳的凍幹曲線等。
▶隔板的溫差為(wei) ±1℃，能夠保證均一性，合格率更高。
