中凝的气凝胶材料，家用电器可以用吗？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-05-10 13:12 标签： 气凝胶隔热材料前景如何

8月30日，中国探月工程微信公众号传来好消息，“祝融号”火星车在火星表面运行100个火星日，累计行驶1000米，所有科学载荷开机探测，圆满完成既定巡视探测任务。你知道吗，在“祝融号”太阳能面板的表面，有一种比烟还轻的固体——气凝胶，它隔热性能好，为车上设备的正常运行付出了“汗马功劳”。什么是气凝胶？它厉害在哪？制造难不难？《科技周刊》记者采访到南京大学化学化工学院金钟教授为你揭秘。

　　“此次中国的‘天问一号’火星探测器和‘祝融号’火星车，表面采用的都是气凝胶材料，是为了对抗火星‘冰火两重天’的温度考验。”金钟介绍说，气凝胶材料分为耐高温和耐低温两种，分别阻隔探测器着陆发动机产生的高达1200℃的高温热流，保护着陆平台的正常功能；还能确保火星车在-130℃的环境正常工作。而且气凝胶极轻的质量不会增加“天问一号”的载荷，以探测器上的气凝胶材料为例，如将其做成薄片状，那么只需要10克这种材料，就可以铺满一个标准足球场。

　　作为世界上密度最轻的固体材料，气凝胶同时还具有透光、隔热、隔音、绝缘等优良性质，它还被叫做 “冻住的烟雾”。“ 尽管名字很特别，气凝胶其实是一种坚固、干燥的固体多孔材料，类似于一块超轻的海绵，在结构上非常有坚韧，常规的压按并不会留下痕迹或者使它破碎，具有令人印象深刻的承载能力，一片质量为2克的气凝胶即可支撑起一块

气凝胶隔热材料在新能源中的应用分析

隔热材料在新能源汽车的动力电池以特定的方式排列在车辆底部，被金属外壳所牢牢保护。由于动力电池本身特性，在电池过充、短路以及电池管理系统发生故障时则会发生起火事故。在不少车主印象中，汽车自燃事故只发生在炎夏， 其实，有时发生电路故障或燃油出现问题，也有可能引发车辆自燃 。冬季气候干燥，容易产生静电、火花，这都可能导致汽车自燃。 新能源汽车自燃多数是从动力电池位置烧起来的，因为这里塑料部件多，一旦出现车辆线路老化、裂损或接触不良，造成短路漏电、漏液或产生火花，就可能引起汽车自燃。

在低温环境下，电动汽车的续航里程会出现明显的缩减，更有甚者损失过半里程，连为“冷冰冰”的电池充电也是件困难的事。如果在气温到了零摄氏度以下，电动车的行程里程甚至会比正常情况降低三成。而隔热材料由于自身具有导热系数低、保温效果好、A级防火性能、厚度薄、质量轻、使用方便等特点，可以很好的解决新能源汽车电池包温度过低的问题。隔热片可耐60分钟火焰穿透测试，同时符合RoHS检测标准，且高温条件下无有毒有害气体产生。只需传统材料1/5~1/3的厚度即可达到相同的保温效果，为空间有限的电池包节省更多宝贵空间，同等厚度保温效果较传统隔热材料更持久，非常好的解决寒冷冬季，新能源电池包续航能力下降的问题，提高电力利用效率同时还能延长电池包的使用寿命。

在高温情况下，若没有合适的散热方案，电池包内各电池组温度将出现较大差异，会因某个电池组温度过高而影响邻近电池组的性能。其中较为严重的是电池过充导致“热失控”，进而使电动汽车着火、爆炸。而本身具有A级防火功能，在新能源汽车因“热失控”而发生火灾时，也可起到很好的热防护作用，为乘客逃离或扑灭火灾赢得更多的时间，进而减小损失。且超薄毡符合RoHS检测标准，高温条件下无有毒有害气体产生。

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气凝胶被称为世界上密度最小的固体之一，密度为3.0kg/m3，仅为空气密度的2.75倍，被称为“冻结的烟”。其微观结构呈“蜂巢状”多孔形态，具有比表面积大、空隙率高、密度低、导热率低等特征。保留了气凝胶优异的保温、防火和高温稳定性等特性，在建筑领域可作为绝好的隔热保温、防火材料被广泛应用。以下将从隔热性能、防火性能和耐高温稳定性能方面与常规保温材料进行对比，表明气凝胶复合制品在建筑保温材料应用中具有巨大的优势。

在建筑领域，保温材料导热系数的大小是衡量材料绝热性能优劣的重要参数。在通常的保温材料中，玻璃棉、石棉、硅酸铝等无机棉系材料在常温下的热传导率一般在0.036~0.050W/(mK )的范围内，聚苯板、挤出板、聚氨酯等有机保温材料的常温热传导率在0.021~0.041w/气凝胶复合制品在常温下的热传导率通常低于0.023W/(mK )，更优选产品低于0.017W/(mK )，这是传统的保温材料所不能达到的。其主要原理是材料本身的特殊的纳米三维细孔结构：1)具有高细孔率、低热传导率等特性，能够大幅度抑制热传导2)50-60纳米的气凝胶细孔不能使空气分子自由流动，对流传热得到很大抑制3)厚度为1mm的气凝材料包括数万层孔壁，这些孔壁可视为辐射的反射面和折射面，该结构最大限度地抑制了热传递(热传导、热对流、热辐射)，导热率低。

随着我国建筑节能强制措施的推行，建筑外墙保温技术在建筑中被大量采用，但应用的重要条件是防火安全性。在建筑保温材料的应用中，保温材料的燃烧性能受到关注。发生火灾时，燃烧性能差的外保温材料对火灾的垂直扩展有很强的促进作用，为了降低火灾风险，必须严格要求保温材料的燃烧性能。气凝胶复合产品不仅具有良好的保温性能，而且具有优良的防火性能。气凝胶复合制品是通过溶胶凝胶法将增强材料与溶胶复合，然后以一定的干燥方式将气体置换为凝胶中的液相而形成的，因此复合所使用的增强材料通常为无机纤维材质，气凝胶自身的防火性能优异，因此气凝胶复合制品的防火性能优异。

气凝胶复合产品除了具有良好的隔热性能、防火性能外，在高温环境下还具有持续的稳定性，几乎不发生体积收缩、熔融、烧结、分解等现象。气凝胶复合制品在高温下的热传导率优异，高温试验处理后的样品的常温热传导率与未经高温处理的样品的热传导率试验结果相比变化小。试验结果表明，在低于600的环境下，气凝胶复合产品的直线收缩率极小，几乎可以忽略，而且气凝胶内部结构在高温环境下不变，仍为非晶结构，气凝胶复合产品的耐高温稳定性能远优于常规保温材料。

当然，除了这三大性能之外，由于气凝胶复合制品一般厚度较小，所以总体质量依然轻于同等满足节能要求的其他无机产品，可以避免由于过重而造成的脱落等危险。而且由于在气凝胶复合制品制备过程中通常会加入适量的憎水剂进行改性，所以改性后气凝胶复合制品的憎水性能是非常优异的，使用效果优于其他无机保温材料。

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