摘要：氣凝膠作為一種納米多孔結(jié)構(gòu)的固體新材料，具有超輕、絕熱、透明、防火等優(yōu)異特性。氣凝膠在建筑節(jié)能領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值，能夠顯著提高保溫效果、節(jié)約能源。本文綜述了顆粒、氈、板和玻璃等氣凝膠在建筑上的多種應(yīng)用形式，討論了其在節(jié)能門(mén)窗、管道保溫、墻體保溫、保溫涂料、混凝土添加劑等方面的使用方法及應(yīng)用效果，展望了氣凝膠在建筑領(lǐng)域的發(fā)展方向。

這種被稱(chēng)為“空氣凝膠”的固體是一種由玻璃和塑料制成的透氣性極強(qiáng)的高科技合成品,輕得像空氣一樣.空氣凝膠實(shí)際上早在20世紀(jì)30年代就成為科學(xué)家研制的對(duì)象,20世紀(jì)60年代被用作儲(chǔ)存火箭液體燃料的工具.最初的空氣凝膠是用氧化硅為原料制成的,其化學(xué)性質(zhì)類(lèi)似玻璃,雖然質(zhì)量很輕,但質(zhì)地松脆,而且極易受潮.利文提斯的研究小組將一小條一小條的氧化硅與一種聚氨醋“編織”在一起,但這樣得到的合成物仍然很脆,不夠堅(jiān)固.于是研究人員改進(jìn)合成技術(shù),將只有納米大小的氧化硅條與組成聚氯醋的兩種成分之一的聚異氰酸醋“交叉編織”起來(lái),于是得到了這種輕如空氣的空氣凝膠.與最初的氧化硅凝膠相比,新的空氣凝膠不但防潮,其強(qiáng)度更是增加了100倍.這種新的空氣凝膠因其質(zhì)輕、堅(jiān)固、防潮、隔熱,將有廣泛的應(yīng)用前景.

以十二烷基苯磺酸鈉為表面活性劑,檸檬酸為催化劑,在硝酸鎳存在下間苯二酚和甲醛經(jīng)過(guò)溶膠-凝膠反應(yīng)、還原氣體保護(hù)下碳化處理得到球狀碳?xì)饽z基磁性吸附材料。采用x射線(xiàn)衍射、掃描電子顯微鏡、磁力測(cè)試、粒徑分析對(duì)所制備磁性吸附材料進(jìn)行了表征,結(jié)果表明:材料的磁性能優(yōu)良,比飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力分別為17emu/g、124oe,顆粒分布均勻,均值約5μm。通過(guò)原子吸收測(cè)試表明:材料對(duì)重金屬離子pb2+的飽和吸附容量可達(dá)62.5mg/g。

以正硅酸乙酯為前驅(qū)體,氨水、鹽酸為催化劑,通過(guò)溶膠-凝膠法制備了二氧化硅薄膜.采用提拉法將該二氧化硅薄膜鍍?cè)谟糜谔?yáng)能電池組件的低鐵玻璃基底上.對(duì)薄膜進(jìn)行了表面處理,薄膜疏水性大大提高,與水的接觸角由40°提高到了110°.設(shè)計(jì)并制備了大面積的樣品,400nm到800nm的平均透過(guò)率增加了5%以上.疏水性和耐刮擦性能達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的需要.

以硅酸鈉為硅源，采用化學(xué)沉淀法在凹凸棒石表面原位生成納米sio2，制備sio2／凹凸棒石納米復(fù)合粉體。利用ftir，tg-dtg，tem，氮?dú)馕矫摳角€(xiàn)等方法對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行表征。以它為補(bǔ)強(qiáng)劑，采用機(jī)械共混法對(duì)甲基乙烯基硅橡膠（mvq）進(jìn)行填充，制備了具有優(yōu)異力學(xué)性能的納米at／mvq復(fù)合材料。結(jié)果表明，在凹凸棒石表面存在無(wú)晶型的sio2粒子的同時(shí)，凹凸棒石分散體之間也存在sio2的聚集體，粒徑大約在6-8nm，復(fù)合材料應(yīng)用在硅橡膠中具有補(bǔ)強(qiáng)效果．

近年來(lái)，市場(chǎng)上所用的模塑（石墨）聚苯乙烯泡沫塑料、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料、酚醛泡沫塑料等有機(jī)類(lèi)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)較低，但燃燒性能達(dá)不到a級(jí)要求，燃燒時(shí)易釋放大量有害物質(zhì)，消防隱患很大。雖然所用的巖棉、泡沫玻璃、泡沫混凝土等無(wú)機(jī)類(lèi)保溫材料燃燒性能達(dá)到a級(jí)，但密度又偏大，導(dǎo)熱系數(shù)偏高，這都導(dǎo)致兩類(lèi)建筑保溫材料在實(shí)際應(yīng)用中的局限性。氣凝膠材料，被稱(chēng)為“最輕的固體材料”，是一種無(wú)機(jī)材料，具有a級(jí)不燃的特性，同時(shí)其導(dǎo)熱系數(shù)較低，因而成為國(guó)際關(guān)注的新型隔熱材料，又被稱(chēng)為“超級(jí)隔熱保溫材料”。本文通過(guò)探析低成本制備的氣凝膠材料在建筑外墻保溫系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能與防火兼?zhèn)?，提升建筑?jié)能水平，推進(jìn)建材行業(yè)循環(huán)、綠色、低碳發(fā)展。

分析了sio2氣凝膠高溫隔熱特性和透波特性,與常用的隔熱材料和透波材料對(duì)比,sio2氣凝膠具有較低的熱導(dǎo)率和較小的介電常數(shù),是一種高溫隔熱透波性能良好的材料。分析了夾層結(jié)構(gòu)天線(xiàn)罩寬頻帶透波的原理,介紹了夾層結(jié)構(gòu)天線(xiàn)罩的研究進(jìn)展。結(jié)果顯示,sio2氣凝膠材料因其良好的高溫隔熱透波特性能夠滿(mǎn)足夾層結(jié)構(gòu)天線(xiàn)罩內(nèi)層材料的需求,必將在夾層結(jié)構(gòu)天線(xiàn)罩上得到廣泛的應(yīng)用。

采用溶膠-凝膠法,以首次合成的具有橋式結(jié)構(gòu)的間苯二亞甲基二脲基丙基三乙氧基硅烷(m-xdupteos)和正硅酸乙酯(teos)為前驅(qū)體,共同水解縮聚制備了不同摩爾配比的橋式聚倍半硅氧烷/sio2雜化溶膠,并旋涂制膜.通過(guò)uv-vis,afm和tga對(duì)薄膜的光學(xué)性能、表面形貌和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了分析.結(jié)果表明,該薄膜平整均勻、具有良好的光學(xué)透明性、熱穩(wěn)定性和防潮性能.

我們制作了一種由π-共軛聚合物聚對(duì)苯撐亞乙烯(ppv)均勻摻雜sio2的塊狀溶膠-凝膠材料,該材料具有良好的光學(xué)品質(zhì)和光學(xué)加工性能.通過(guò)掃描隧道顯微鏡(stm)、紫外-可見(jiàn)吸收光譜和付氏紅外光譜(ftir)等方法研究了它的非線(xiàn)性光學(xué)特性.在對(duì)材料進(jìn)行的光學(xué)兩波耦合實(shí)驗(yàn)中,觀察到了非對(duì)稱(chēng)能量耦合現(xiàn)象,并對(duì)此進(jìn)行了分析.從吸光度和兩波耦合衍射效率兩方面對(duì)比了含pmma和不含pmma的兩批不同摻雜濃度的ppv/sio2sol-gel材料的不同特性.

氣凝膠材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用,特別是在我國(guó)建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用還屬新鮮事物。介紹了氣凝膠材料及其國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展,介紹了西方國(guó)家中氣凝膠在建筑節(jié)能領(lǐng)域已有的幾種應(yīng)用形式,闡述了氣凝膠在墻體保溫中的應(yīng)用思路。

近年來(lái),市場(chǎng)上所用的模塑(石墨)聚苯乙烯泡沫塑料、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料、酚醛泡沫塑料等有機(jī)類(lèi)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)較低,但燃燒性能達(dá)不到a級(jí)要求,燃燒時(shí)易釋放大量有害物質(zhì),消防隱患很大。雖然所用的巖棉、泡沫玻璃、泡沫混凝土等無(wú)機(jī)類(lèi)保溫材料燃燒性能達(dá)到a級(jí),但密度又偏大,導(dǎo)熱系數(shù)偏高,這都導(dǎo)致兩類(lèi)建筑保溫材料在實(shí)際應(yīng)用中的局限性。氣凝膠材料,被稱(chēng)為\"最輕的固體材料\

以工業(yè)石蠟為相變芯材,在硅烷偶聯(lián)劑參與下,通過(guò)溶膠-凝膠法制備石蠟/sio2儲(chǔ)能相變材料.并利用透射電子顯微鏡,熱重分析,傅里葉紅外光譜儀和方差掃描量熱法等測(cè)試技術(shù)對(duì)石蠟/sio2儲(chǔ)能相變材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了測(cè)試和分析,最后利用瞬態(tài)熱線(xiàn)法對(duì)石蠟/sio2儲(chǔ)能相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行了測(cè)試.結(jié)果表明,石蠟/sio2儲(chǔ)能相變材料的相變芯材石蠟在吸熱熔化后不會(huì)滲漏;石蠟/sio2儲(chǔ)能相變材料中石蠟的含量約為39%時(shí),相變溫度和相變潛熱分別為39.15℃和59.33j/g;石蠟/sio2儲(chǔ)能相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0845w/（m·k）,可作為一種良好的保溫隔熱建筑材料.

采用溶膠-凝膠法制備適合al2o3、aln陶瓷基板厚膜漿料用bao-zno-b2o3-sio2(bzbs)系無(wú)鉛低熔玻璃粉。研究了ph值、溫度對(duì)凝膠化過(guò)程的影響,并通過(guò)tg-dsc、xrd、sem等手段分析了玻璃粉體性能、結(jié)構(gòu)及形貌變化。結(jié)果表明:溶膠-凝膠法得到的bzbs玻璃粉經(jīng)500℃熱處理后其主要物相組成為非晶玻璃相和少量微晶,析出的主要晶相為baco3以及少量ba(co3)0.9(sio4)0.1和zno。溶膠-凝膠法制備的bzbs玻璃粉經(jīng)850~900℃熱處理,不僅能與al2o3陶瓷基板,還能與aln陶瓷基板形成很好的潤(rùn)濕,可以作為陶瓷厚膜金屬化電子漿料用玻璃粘結(jié)劑。

本文采用溶膠凝膠法,以聚四氟乙烯乳液(ptfe)和硅溶膠(sio2)為主要原料,在玻璃基片上制備了一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化薄膜。利用接觸角測(cè)量?jī)x和掃描電鏡等手段對(duì)樣品薄膜表面的接觸角大小和顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征和分析,通過(guò)正交試驗(yàn)和方差分析考察了原料配比、水浴溫度和陳化時(shí)間對(duì)薄膜表面接觸角影響的顯著性大小,并對(duì)疏水薄膜的工藝及顯微組織進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,影響接觸角的顯著性依次是:原料配比>水浴溫度>陳化時(shí)間;當(dāng)vptfe:vsio2:vh2o=10:15:5(ml)時(shí),常溫下制備的溶膠在陳化24h后所制樣品薄膜的靜態(tài)接觸角為98.73°,薄膜具有疏水性,此時(shí)薄膜具有凹凸不平的粗糙結(jié)構(gòu),表面有微米級(jí)的溝槽、凸起和線(xiàn)條狀組織。

sio2氣凝膠由于其獨(dú)特的納米多孔結(jié)構(gòu)及超低的導(dǎo)熱系數(shù)引起人們廣泛關(guān)注。以纖維氈為基材與sio2氣凝膠復(fù)合,經(jīng)表面修飾和常壓干燥制成的超低導(dǎo)熱系數(shù)保溫隔熱材料,既保留了純氣凝膠獨(dú)特的納米孔結(jié)構(gòu)及超低的導(dǎo)熱系數(shù),又大幅度提高了機(jī)械強(qiáng)度,擴(kuò)展了其在保溫隔熱領(lǐng)域的應(yīng)用。該材料常溫常壓下導(dǎo)熱系數(shù)小于0.025w/(m·k),抗壓強(qiáng)度大于2mpa,是一種新穎的優(yōu)質(zhì)保溫隔熱材料。

具有納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的sio2氣凝膠與透氣性?xún)?yōu)良的無(wú)紡布或氈進(jìn)行復(fù)合,可得到具有高吸附性能的納米復(fù)合材料,其飽和吸苯率達(dá)到并超過(guò)了傳統(tǒng)的吸附材料。納米復(fù)合材料的飽和吸苯率與單位面積所復(fù)合的sio2氣凝膠量和其本身的飽和吸苯率成正比關(guān)系,復(fù)合工藝對(duì)氣凝膠孔結(jié)構(gòu)的影響很小,符合一定的理論推導(dǎo)公式。

以sio2氣凝膠為功能填料,丙烯酸樹(shù)脂為成膜劑,制備透明隔熱涂料。將其涂覆于5mm厚的普通玻璃上制成涂層,并對(duì)涂層進(jìn)行一系列性能測(cè)試,包括接觸角、紅外光譜、光學(xué)性能及隔熱效果等。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析納米sio2含量對(duì)復(fù)合涂料性能的影響,得出最佳的涂料配方。結(jié)果表明,該透明隔熱涂料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和隔熱性能,在500w紅外燈照射10min時(shí),樣品與空白玻璃溫差為11℃。

氣凝膠種類(lèi)很多,從硅系、碳系、金屬氧化物系和高分子系四方面綜述了氣凝膠的研究進(jìn)展,并對(duì)氣凝膠的發(fā)展方向進(jìn)行展望。通過(guò)降低氣凝膠制造成本,提高其本身力學(xué)性能,將有助于氣凝膠在更廣闊的空間發(fā)揮作用。氣凝膠的高分子化及多功能化也將成為今后發(fā)展的重要方向之一。

研究探明了有機(jī)染料的熒光發(fā)射波長(zhǎng)的位移機(jī)制。ｒ６ｇ和ｒｂ染料隨摻雜濃度的提高而出現(xiàn)的譜線(xiàn)紅稱(chēng)是由于二聚物的形成導(dǎo)致的，而凝膠玻璃中ｃ１２０染料的紅移是由溶劑效應(yīng)引起的。同時(shí)，ｓｉｏ２凝膠玻璃中ｒｂ的譜線(xiàn)紅移也可能由酯化反應(yīng)所導(dǎo)致，這種紅移在熱處理至３００℃時(shí)可由ｒｂ的內(nèi)酯化產(chǎn)物形成而降低。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程采用熱壓浸漬加入發(fā)泡劑方法制備發(fā)泡型sio2氣凝膠核/聚苯乙烯殼復(fù)合珠粒,當(dāng)加入14份發(fā)泡劑珠粒在90℃、壓力0.9mpa條件下反應(yīng)9h制備得到發(fā)泡劑含量為7%左右的可發(fā)性復(fù)合珠粒。同時(shí)對(duì)其發(fā)泡成型的原理、工藝流程、影響因素及參數(shù)控制等進(jìn)行了研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在蒸汽壓力為0.4mpa的條件下經(jīng)40s制備得到發(fā)泡倍率為20左右、密度為0.025g/cm3的預(yù)發(fā)復(fù)合珠粒,再經(jīng)過(guò)模塑蒸汽發(fā)泡,蒸汽壓力0.35mpa、通氣時(shí)間180s,最終制備出保溫性能優(yōu)異(導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)0.026w/(m·k))、力學(xué)性能良好的sio2氣凝膠核/聚苯乙烯殼復(fù)合保溫板。

納米氣凝膠玻璃 納米氣凝膠具有如下特征： 透光性； 熱舒適性； 對(duì)人體無(wú)害； 它具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，構(gòu)建便捷，作為半透明超級(jí)隔熱產(chǎn)品，提供給需要照明的行業(yè)、 會(huì)議中心、特殊試驗(yàn)中心、高檔酒店等。 納米氣凝膠玻璃的特點(diǎn)： 上層自然光透明度（約40％），可以有效地利用太陽(yáng)能，節(jié)約照明用電； 導(dǎo)熱系數(shù)低，保溫性能好，70毫米的u值為0.26w/m2k； 環(huán)保、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性； 半透明氣凝膠可以到達(dá)在現(xiàn)有技術(shù)上兩倍的光傳輸和隔熱功能，可成為全部或任何墻壁 或屋頂結(jié)構(gòu)的一部分。它也可被用在窗戶(hù)上。 辦公室墻面屋頂結(jié)構(gòu)外層 倉(cāng)庫(kù)和工業(yè)

0引言 節(jié)能減排對(duì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展起著舉足輕重的作 用，也是當(dāng)今世界各國(guó)所共同面臨的任務(wù)和挑戰(zhàn)。 2006年我國(guó)民用建筑(運(yùn)行)能耗占當(dāng)年社會(huì)總能耗 的23.1%，而且隨著城市化率的提高、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人們 收入和生活水平的不斷改善，能耗總量將持續(xù)增長(zhǎng)[1]。 因此，降低建筑能耗是節(jié)能工作最重要的任務(wù)之一。 影響建筑能耗最直接的因素是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的 保溫隔熱性能，而門(mén)窗是圍護(hù)結(jié)構(gòu)中保溫隔熱的最薄 弱部位，是影響建筑節(jié)能的最主要因素之一。就目前 我國(guó)典型的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)而言，門(mén)窗的能耗約占建筑 圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗的40%～50%。而且，目前我國(guó)的門(mén) 窗節(jié)能水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比有很大的差距：在建筑能 耗方面，我國(guó)居住建筑外窗單位能耗為氣候條件相近 發(fā)達(dá)國(guó)家的1.5～2.2倍[2]；在節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)方面，發(fā)達(dá)國(guó)家 達(dá)到較高水平，如德國(guó)要求外窗傳熱系數(shù)限值為 1.5w/(m