氣凝膠材料上演應用秀

氣凝膠保溫、節能、吸附

質地輕薄、幹脆、微透,顏色呈淡粉、淡藍、乳白……南京工業大學材料科學與工程學院實驗室研發的隔熱用、吸附用、載藥用、光催化用和抗菌用等一系列氣凝膠材料,以其具有的神奇功能促進瞭建築、工業生產等領域的革新。

建築保溫防火災

氣凝膠是一種三維納米網絡結構的納米材料,具有低密度、高比表面積和低熱導率等優異性能,可用於建築保溫和工業生產保溫,甚至可以代替非承重墻體結構。

該校材料科學與工程學院博士生劉思佳是氣凝膠材料研究的“老桿子”,本科二年級時他開始在崔升教授課題組做氣凝膠保溫相關的研究。據他介紹,我國氣凝膠的研究始於上世紀90年代,經過近30年的發展,現已廣泛投入市場應用。

劉思佳使用發泡水泥、泡沫玻璃及發泡陶瓷等作為基體,結合真空浸漬和快速乙醇超臨界幹燥工藝,制備出一系列發泡基體復合SiO2氣凝膠隔熱材料。這一發明克服瞭氣凝膠材料無法承重的缺陷,使氣凝膠具備抗壓折能力,甚至可作為承重材料用在某些特定結構中,替代非承重墻體。“另外,氣凝膠屬A級保溫材料,遇到火星不會燃燒,將它作為保溫材料也能避免火災的發生。”崔升補充道。

除瞭作為墻體保溫材料,氣凝膠還可制作成玻璃窗,增強玻璃的保溫效果。應用到玻璃上的氣凝膠有顆粒狀和塊狀2種。其中塊狀氣凝膠玻璃窗透光率可達0.75,隔音效果非常好。

工業節能增效益

晶矽生長爐是光伏行業重要生產設備,其內部較高的生產溫度急需采用高效節能保溫隔熱材料來降低生產能耗。

南京工業大學材研1602班的鎖浩同學對光伏行業中晶矽生長爐進行節能改造,提出制備成本低、使用周期長、高溫熱導率低的新型碳纖維增強碳化物氣凝膠材料,可替換晶矽生長爐中高純石墨氈,突破國外技術和資金雙重壁壘。該項目在剛剛結束的第十六屆“挑戰杯”競賽江蘇省比賽中榮獲特等獎。

鎖浩介紹說:“我們采用廉價無機鋁鹽和硼源為原料,碳纖維作為增強材料,突破多項關鍵技術,制備出常溫熱導率低於0.05、最大壓縮強度為9.1MPa、熱穩定性好的碳纖維增強碳化物氣凝膠。”據悉,該產品目前已在晶科能源控股有限公司和宿遷新材料研究院進行中試研究,完成瞭碳纖維增強碳化物氣凝膠材料中試生產線購置、中試生產和應用研究等工作。

應用前景很廣闊

氣凝膠擁有廣闊的應用前景,可應用於航空航天、石油化工、新能源、汽車列車等領域。“如果在筆記本和手機底面用上這樣的保溫材料,可引導熱量從周邊散出,有助於提高散熱效率、增強使用舒適度。”崔升介紹說,“氣凝膠還可以應用到新能源汽車的鋰電池上,在鋰電池之間加上氣凝膠產品,可以防止每塊鋰電池的熱量互相影響,也可進一步防止電池因高溫而導致燃燒。”

近年來,南京工業大學的氣凝膠成果已在多傢企業實現瞭產業化應用。其中,基於納米氣凝膠絕熱材料的保溫管道、保溫水箱等項目,已累計實現經濟效益近2.5億元。在吸附領域,聚丙烯纖維復合氣凝膠材料系列產品有效應對油污處理,也累計實現經濟效益5400餘萬元。

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