气凝胶行业国内发展报告（49页）

炭气凝胶最大的特点就是其在惰性及真空氛围下高达 2000℃的耐温性，石墨化后耐 温性能甚至能达到 3000℃，而且炭气凝胶中的炭纳米颗粒本身就具备对红外辐射极 好的吸收性能，从而产生类似于红外遮光剂的效果，因此其高温热导率较低。但是 在有氧条件下，炭气凝胶在 350℃以上便发生氧化，这使得其在高温隔热领域的应 用受到了极大地限制。随着 SiC、MoSi2、HfSi2、TaSi2 等高抗氧化性涂层的发展， 在炭气凝胶材料表面涂覆致密的抗氧化性涂层，阻止氧气的进一步扩散，将使该材 料具备极大的应用前景。 碳化物材料具备极好的抗氧化性能，但是其本身热导率较高，将其制成含有三维立 体网络状结构的气凝胶，可以极大地降低材料的热导率，进一步提高材料的隔热性 能。目前国内外对于碳化物气凝胶的研究还相对较少，特别是对于成形性良好的块 状碳化物气凝胶的研究尚处于初始阶段，对于其作为高效隔热材料的研究也较为匮 乏，仅限于对该材料的制备与表征。 1.4. SiO2气凝胶的制备  由于 SiO2 气凝胶是目前产业化最成熟的产品，该类气凝胶的制备包括两种方法：干 燥法和溶胶-凝胶法。目前产业化中主要使用的技术是干燥技术。

目前产业化中主要使用的技术是超临界干燥技术和常压干燥技术，其他尚未实现批 量生产技术还有真空冷冻干燥、亚临界干燥等。 超临界干燥技术是最早实现批量制备气凝胶技术，已经较为成熟，也是目前国内外 气凝胶企业采用较多的技术。超临界干燥可以实现凝胶在干燥过程中保持完好骨架 结构。 常压干燥技术一种新型的气凝胶制备工艺，是当前研究最活跃，发展潜力最大的气 凝胶批产技术。其原理是采用疏水基团对凝胶骨架进行改性，避免凝胶孔洞表面的 硅羟基相互结合并提高弹性，同时采用低表面张力液体臵换凝胶原来高比表面积的 水或乙醇从而可以在常压下直接干燥获得性能优异的气凝胶材料。

通过硅源物质的水解和缩聚获得具有三维网络结构的 SiO2 凝胶，反应生成以 ≡Si-O-Si≡为主体的聚合物，再经过老化阶段后，形成网络结构的凝胶。在凝胶形成 的过程中，部分水解的有机硅发生缩聚反应，缩聚的硅氧链上未水解的基团可继续 水解。通过调节反应溶液的酸碱度，控制水解-缩聚过程中水解反应和缩聚反应的相 对速率，可得到凝胶结构。在酸性条件下（pH=2.0-5.0），水解速率较快，有利于成 核反应形成较多的核；在碱性条件下，有利于核的长大及交联，易形成致密的胶体 颗粒。强碱性或高温条件下 SiO2 的溶解度增大，使最终凝胶结构形成胶粒聚集体。 1.4.3. 气凝胶改性赋予其更强性能 气凝胶材料本身具有强度低、脆性高的缺点，为了克服这一缺点，需要对气凝胶材 料进行改性，这是目前最重要的工艺，通过改性可赋予气凝胶材料不同性能。目前 气凝胶材料改性最常用的方法就是掺杂，即加入掺杂剂或者增强／增韧材料，制备 复合气凝胶材料。