章婷等,气凝胶研究进展 第39卷 随着干燥的进行,部分胶体会浮在溶剂表面,不利于凝胶的进一步干燥。这种方法与传统的干燥方 法相比,虽然干燥效果较好,但受到加热溶剂的局限,需选择合适的溶剂且需要在加热之前对凝胶 进行一定表面处理,工艺复杂,因此目前很少利用这种方法对气凝胶进行干燥。 研究发现,利用恒沸蒸馏的方法可以脱除SiO2气凝胶中的水份并成功实现对凝胶的干燥。利用 蒸馏干燥不仅能有效减弱颗粒之间的团聚和结块现象,而且蒸馏过程也不会对Si∽气凝胶的网络结 构造成破坏。但这种方法干燥条件比较苛刻,目前很少采用。 总之,干燥过程中保证凝胶骨架完整性是成功制备气凝胶的必要条件,而干燥方法的简便易行 则是大规模应用气凝胶的前提。 1.2无机气凝胶的性能及应用 12.1热学性能 无机气凝胶的主要特征之一是其具有非常低的导热性。以SiO2气凝胶为例,其热导率通常为 0015W(mK1,低于相同环境条件下空气的热导率0025W(mK),因而SiO2气凝胶可用作优异 的绝热温材料,广泛应用于建筑保温,设备保温等。此外,无机氧化物气凝胶是不可燃的,虽 然机械性能较差,如果对其进行机械加固,在制备透明绝缘组件及采光装置上则具有巨大的应用潜 力。另外,SiO2等氧化物气凝胶作为绝热材料越来越多地被应用于航空领域。例如,美国NASA 的火星探测器 Mars Pathfinder最近在执行 Sojourner Mars Rover任务时就使用了气凝胶材料进行保 温,在夜间温度下降到-6η°℃以下时,航天器内部温度能够稳定保持在21°C左右,这样可以保证 其内部的电子设备在外部温度极端低的情况下能正常运作。此外,欧洲研究协调机构( European Research Coordination Agency, EUPECA)的项目 European Retrieval Carrier中同样也使用了气凝胶保 温材料咧。 122光学及光催化性能 SioO2气凝胶的光学透射和散射性质是其另一种重要特征,结合其热性能可制成透明的隔热物体 如窗户(图10)。气凝胶的这种用途首先由 Pajonk提出。尽管某些方向上存在一定程度的散射降 低了光学性能,但SiO2气凝胶的透明度和可见光透射率非常高,例如,以TMOS为前驱体、甲醇为 溶剂制得的SO2气凝胶,在900nm波长范围内透光率可达到93%以上咧 氧化钛材料具有优异的光催化性能,在光催化降解和太阳能电池等领域具有广阔的应用前景, TiO2气凝胶结合了气凝胶的特性和二氧化钛的 催化性能已经被广泛应用于光催化降解对氯苯 酚、对羟基苯甲酸和水杨酸等 123声学性能 SiO2气凝胶的声学特性与其热学性质密切 相关。气凝胶中的声传播取决于凝胶间隙中孔隙 性质及气凝胶密度等。SiO2气凝胶是优异的隔 音材料,由于声波在凝胶网络中传播的过程中波 能量逐渐转移衰减,所以在振幅和速度上都大大 减弱,通过气凝胶的纵向声速通常为100ms量 图10气凝胶保温玻璃 级,这使得SiO2气凝胶非常适用于声学隔音装 Figure 10 Aerogel insulation glass 置 10  章 婷 等, 气凝胶研究进展 第 39 卷 随着干燥的进行，部分胶体会浮在溶剂表面，不利于凝胶的进一步干燥。这种方法与传统的干燥方 法相比，虽然干燥效果较好，但受到加热溶剂的局限，需选择合适的溶剂且需要在加热之前对凝胶 进行一定表面处理，工艺复杂，因此目前很少利用这种方法对气凝胶进行干燥。 研究发现，利用恒沸蒸馏的方法可以脱除 SiO2 气凝胶中的水份并成功实现对凝胶的干燥。利用 蒸馏干燥不仅能有效减弱颗粒之间的团聚和结块现象，而且蒸馏过程也不会对 SiO2 气凝胶的网络结 构造成破坏。但这种方法干燥条件比较苛刻，目前很少采用。 总之，干燥过程中保证凝胶骨架完整性是成功制备气凝胶的必要条件，而干燥方法的简便易行 则是大规模应用气凝胶的前提。 1.2 无机气凝胶的性能及应用 1.2.1 热学性能 无机气凝胶的主要特征之一是其具有非常低的导热性。以 SiO2 气凝胶为例，其热导率通常为 0.015 W·(m·K)1 ，低于相同环境条件下空气的热导率 0.025 W·(m·K)1 ，因而 SiO2 气凝胶可用作优异 的绝热温材料[89]，广泛应用于建筑保温，设备保温等[90]。此外，无机氧化物气凝胶是不可燃的，虽 然机械性能较差，如果对其进行机械加固，在制备透明绝缘组件及采光装置上则具有巨大的应用潜 力[91]。另外，SiO2 等氧化物气凝胶作为绝热材料越来越多地被应用于航空领域[92]。例如，美国 NASA 的火星探测器 Mars Pathfinder 最近在执行 Sojourner Mars Rover 任务时就使用了气凝胶材料进行保 温，在夜间温度下降到 67C 以下时，航天器内部温度能够稳定保持在 21C 左右，这样可以保证 其内部的电子设备在外部温度极端低的情况下能正常运作。此外，欧洲研究协调机构 (European Research Coordination Agency, EUPECA) 的项目 European Retrieval Carrier 中同样也使用了气凝胶保 温材料[93]。 1.2.2 光学及光催化性能 SiO2 气凝胶的光学透射和散射性质是其另一种重要特征，结合其热性能可制成透明的隔热物体， 如窗户[94] (图 10)。气凝胶的这种用途首先由 Pajonk 提出[94]。尽管某些方向上存在一定程度的散射降 低了光学性能，但 SiO2气凝胶的透明度和可见光透射率非常高，例如，以 TMOS 为前驱体、甲醇为 溶剂制得的 SiO2 气凝胶，在 900 nm 波长范围内透光率可达到 93% 以上[95]。 二氧化钛材料具有优异的光催化性能，在光催化降解和太阳能电池等领域具有广阔的应用前景， TiO2 气凝胶结合了气凝胶的特性和二氧化钛的 催化性能已经被广泛应用于光催化降解对氯苯 酚、对羟基苯甲酸[96]和水杨酸[97]等。 1.2.3 声学性能 SiO2 气凝胶的声学特性与其热学性质密切 相关。气凝胶中的声传播取决于凝胶间隙中孔隙 性质及气凝胶密度等。SiO2 气凝胶是优异的隔 音材料，由于声波在凝胶网络中传播的过程中波 能量逐渐转移衰减，所以在振幅和速度上都大大 减弱，通过气凝胶的纵向声速通常为 100 ms 量 级，这使得 SiO2 气凝胶非常适用于声学隔音装 置[98]。 图 10 气凝胶保温玻璃 Figure 10 Aerogel insulation glass