随着不断发展社会经济, 不规则利用能源和紧缺能源的问题, 促使影响经济和人类社会可持续发展。节能减排降耗是有效实现经济和社会可持续发展的方式。研究和应用高效、新型、轻质、结构稳定的隔热材料能够起到高效利用能源的作用。气凝胶是高效隔热材料, 存在连续三维网格结构, 属于一种纳米多孔低密度非晶体结构材料。本文主要分析了二氧化硅气凝胶的研究现状及应用前景。
1 二氧化硅气凝胶研究现状
制备二氧化硅气凝胶的时候合理利用水玻璃。水玻璃是通过二氧化硅和碱金属氧化物形成的可溶性碱金属硅酸盐, 也被叫做泡花碱。水玻璃可以通过碱金属种类分为两种, 也就是钾水玻璃和钠水玻璃。现阶段制备二氧化硅气凝胶的基本方向就是利用低廉价硅源。现阶段, 国内不少研究人员在制备二氧化硅气凝胶的时候原料都是低廉价格水玻璃。但是实际制备二氧化硅气凝胶的时候, 因为存在氯化钠等杂质, 会在一定程度上影响制备纯度, 此时应该利用溶剂来置换和洗涤, 并且适当增加制备时间[1]。
制备二氧化硅气凝胶的时候合理应用硅溶胶。硅溶胶实际上主要就是水中均匀分散纳米量级粒径的球形二氧化硅颗粒从而制备出胶体溶液, 硅氧四面体无序排列形成胶态二氧化硅, 内部粒子结构是硅氧硅键, 硅羟基是表面层, 所以, 在一定条件下硅溶胶能够聚合, 二氧化硅电解质浓度、温度会影响硅溶胶的作用。制备的二氧化硅气凝胶具备250~300m2/g的比表面积、200~400kg/m3的密度、11~20nm的孔径尺寸, 91%的孔隙率。配比PH会影响制备二氧化硅气凝胶的密度。
制备二氧化硅气凝胶的时候合理应用硅醇盐。硅醇盐是硅源, 虽然能够良好性能和外貌的二氧化硅气凝胶, 但是实际应用时候因为比较昂贵的硅醇盐和毒性, 适合应用制备高端二氧化硅气凝胶。TMOS为硅源, 溶剂为甲醇, 利用超临界干燥法和凝胶溶胶法制备二氧化硅气凝胶。这种方式不再需要乙醇等交换程序, 并且不需要水洗, 能够显著提高产品纯度和降低制备二氧化硅气凝胶周期, 但是甲醇和TMOS具备一定毒性, 因此, 制备二氧化硅气凝胶的时候需要更加安全的原料。依据TEOS为硅源制备, 利用常压干燥和凝胶溶胶酸碱方法制备二氧化硅气凝胶, 拥有比较大表面积。这种制备二氧化硅气凝胶方式能够在一定程度上避免使用有毒性TMOS和甲醇的问题, 还拥有比较简单制备工艺、降低成本、容易形成二氧化硅气凝胶的特点。除了上述方式以外, 还可以利用PEDS方式来制备二氧化硅气凝胶。能够获得比较小表面积结构、较大面积二氧化硅颗粒的网络结构[2]。
2 二氧化硅气凝胶应用前景
2.1 保温隔热
典型应用二氧化硅气凝胶的就是保温隔热。二氧化硅气凝胶具备低于0.02W/ (m·k) 导热率, 甚至具备低于空气的导热率。二氧化硅气凝胶是现阶段应用过程中隔热性最好的材料, 适合应用在国防、工业、科研等方面, 特别是应用在航海和航空航天领域, 此外, 还能够应用在管道隔热、冰箱隔热、衣物保暖、隔热玻璃中。
2.2 催化剂载体和催化剂
随着不断发展和研究二氧化硅气凝胶, 能够不断改善二氧化硅气凝胶传热性, 提高强度, 保证能够在催化剂载体和催化剂中应用。例如, 有机融合Si O2 和Ti O2 或者共同水解Si和Ti金属醇盐能够获得Ti O2-Si O2气凝胶。能够有效提高二氧化硅气凝胶的吸附性能、比表面积等能力[3]。
2.3 声学延迟
因为二氧化硅气凝胶具备比较独特的多孔纳米结构, 在孔洞内能够传播声音, 此时会出现比较大能量损失, 从而降低声波振幅和减缓声速, 此外, 在固体材料中气凝胶具备比较低传播速率, 比较大声阻抗传播范围 (103~107kg/ (m2·s) ) , 基于此制备的二氧化硅气凝胶具备耐蚀、抗老化、耐高温等优点。现阶段, 能够在超声探测器、声学仪器、隔音窗户中应用二氧化硅气凝胶。
2.4 集成电路
影响运行速度的重点就是集成电路衬底材料, 氧化铝陶瓷是现阶段应用衬底材料, 具备比较高介电常数, 研究中尝试利用高分子材料来替代上述衬底材料, 但是会对导致出现热应力。二氧化硅气凝胶具备比较低介电常数, 比较高击穿电压, 具备接近硅材料的膨胀系数, 比较热稳定性, 能够在集成电路中应用, 从而达到降低耗能、串扰、互联延迟, 极有可能三倍提高运行效率。但是现阶段需要有效解决膜开裂、漏电流、吸湿性的问题[4]。
3结语
综上所述, 二氧化硅气凝胶是特殊结构的一种纳米材料, 可以应用在众多领域中。随着深入分析和完善制备二氧化硅气凝胶的工艺, 未来具备广阔发展前景。经过多年研究和分析, 制备二氧化硅气凝胶已经总仓实验室发展到工业化阶段, 虽然规模有限, 价格比较昂贵, 但依然能在军事、航天、民用等领域应用。
摘要：二氧化硅气凝胶因为存在特殊结构因此具备隔热性好、密度小、传声速率低、表面积大的特点。经过多年的研究和分析, 促使具备更加广泛应用二氧化硅气凝胶的前景。
关键词：二氧化硅,气凝胶,研究现状,应用前景
参考文献
[1] 谭僖, 杨穆, 高鸿毅等.纤维复合二氧化硅气凝胶材料的制备[J].功能材料, 2014 (16) :16139-16142.
[2] 刘光武, 周斌, 倪星元等.二氧化硅气凝胶性能受热过程的影响[J].同济大学学报 (自然科学版) , 2013, 41 (7) :1078-1083.
[3] 任富建, 杨万吉, 张蕊等.疏水二氧化硅气凝胶的常压制备及性能研究[J].无机盐工业, 2015, 47 (10) :38-40.
[4] 何方, 吴菊英, 黃渝鸿等.影响二氧化硅气凝胶隔热涂料热导率的因素[J].化工进展, 2014 (8) :2134-2139, 2169.