气凝胶纳米多孔材料传热计算模型研究进展

对新型气凝胶纳米多孔隔热材料等效热导率计算模型在近年来的发展进行了研究总结,介绍了(1)纳米尺度下气凝胶隔热材料的气相/固相/辐射等不同传热模式的传热特点;(2)气凝胶纳米尺度多孔网络中的气相传热、固相传热以及辐射传热的理论计算、数值预测以及经验关联等不同计算模型的特点及建立方法;(3)气凝胶纳米多孔隔热材料以及气凝胶复合隔热材料的整体等效热导率计算模型的研究进展;(4)以前期开展的研究工作为例,具体说明了气凝胶复合隔热材料从纳米尺度到微米尺度的传热模型的建立过程以及整体等效热导率计算模型的建立方法;(5)对分子动力学方法在气凝胶纳米多孔材料中的应用做了简要介绍.最后指出,对于气凝胶纳米多孔材料,其纳米尺度下的气固接触界面等特殊区域的耦合传热机理研究还不完善,复杂结构的纳米颗粒的固相热导率以及整体热导率计算模型也不够准确.因而采取适用于纳米尺度下的传热计算方法对这些问题进行更细致深入的研究,可以为进一步阐明气凝胶复合隔热材料内部的热量传递机理,建立更准确的气凝胶复合隔热材料传热计算模型,探索不同影响因素对传热性能的影响规律,以及开展气凝胶复合隔热材料的性能预测及优化等方面的研究,提供理论指导帮助.     

玩出来的新材料——气凝胶

作为一种诞生于20世纪初的材料,气凝胶本不属于最近发现的"新材料",然而近年来在多个领域的频繁亮相,令公众对这种材料产生了浓厚的兴趣,大呼新奇。与此同时,由于报道角度的不同,这种材料无疑成为了"多面体",给人以扑朔迷离之感。本文旨在以科普的笔调重塑气凝胶的形象,结合气凝胶的历史浅谈对这种材料的认识,以期澄清疑惑,加深理解。     

有机小分子胶凝剂研究取得新进展

作为一种新型功能材料,刺激响应性凝胶因其在传感器、驱动器、控制释放、凝胶推进剂、油水分离、微纳米材料制备,以及生物医学材料等方面的重要应用而备受关注(图1)。     

新型纳米多孔材料气凝胶

新型纳米多孔材料气凝胶王珏（同济大学波耳固体物理研究所）随着国民经济和国防尖端技术的日益发展，人们对材料性能的要求越来越高，各种新型材料的开发研究越来越引起人们的重视．在无机非金属材料领域，通过溶胶－凝胶过程（ｓｏｌ－ｇｏｌｐｒｏｃｅｓｓ），实现对材...     

轻比柔云态若雾

也许你不会相信,当今世界上竟存在着这样一种固体材料:轻比柔云、态若烟雾,周身透明泛着蓝、黄色的光彩……专家们给它命名为“气凝胶”。尽管人们已将其归人固休材料的行列,但却仅有其名,其实难副。气凝胶,顾名思义,主要由空气组成(占96%),其余4%则由二氧化硅、二氧化铝和碳充填,是迄今世界上     

纳米固体钼、氮化二钼、钛、氮化钛的DSC分析

纳米固体材料是一种新型的类气体结构固体材料.结构上表现为既无长程有序又无短程有序.其构成通常是由超细颗粒(纳米级颗粒)在保持清洁表面的情况下压制成型,形成块状材料.由于颗粒很小,界面部分所占比例很大(可达20—50%左右).形成固体后,原来颗粒的自由表面成了材料内部的界面.这种结构,使得材料具有许多显著特征和优异性能.从热力学观点来看,这是一种亚稳态结构.     

世界最轻材料 中国造——“碳海绵”或成材料领域新宠

从最巨大的建筑到最小的零件,从最坚硬到最柔软的材料,人类一直致力于超越各种"之最"。现在,"最轻材料"这一纪录又被科学家超越了。日前,中国刷新了世界新材料领域的一项纪录——浙江大学高分子系高超教授的课题组制备出的一种超轻气凝胶创造了目前世界上"最轻材料"的新纪录。     

"叱咤风云"的新技术

防爆气凝胶:超强隔热挡炸药 2009年,凝胶将在组织再生及防护领域发挥重要作用.美国研究人员正在利用水凝胶帮助骨骼再生.这种新型水凝胶毹像脚手架一样,支撑新组织的生长.据悉,新型水凝胶制品可与人体自身的血小板协同工作,生成可支撑软骨再生的组织构架.它含有具超强吸收能力的聚合物链,将用于促进长有龋洞的牙齿组织再生.     

复合气凝胶的常压干燥制备及制备条件对其结构的影响

在正硅酸乙酯(TEOS)和硝酸铜(Cu(NO₃)₂•3H₂O)复合溶胶体系中引入干燥控制化学添加剂(DCCA)N,N-二甲基甲酰胺(DMF), 采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel Method)和常压干燥工艺, 制备了具有高比表面积的Cu-SiO₂复合气凝胶. 研究了铜负载质量、催化剂浓度及热处理等不同条件对Cu掺杂SiO₂复合气凝胶结构的影响. 结果表明, 气凝胶颗粒呈均匀分布, 其孔径主要分布在2~15 nm之间; Cu含量的增加有利于CuO晶粒的生成以及比表面和孔体积的减小; 催化剂的浓度较高时, 硅氧网络的聚合程度随催化剂浓度的增大而减弱. 高温热处理后复合气凝胶表现出良好的热稳定性.     

三维氧化石墨烯气凝胶高效吸附与可见光光催化去除六价铬

三维气凝胶材料由于具有大比表面积和优异的光学、电学等性能,近年来引起研究者的关注.本研究以氧化石墨烯(graphene oxide,GO)为前驱体,结合交联法与超临界CO2萃取法制备了三维多孔和易于回收的氧化石墨烯气凝胶(graphene oxide aerosol,GOA).采用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、拉曼光...     

封面说明

<正>中空多壳层结构(hollow multishelled structure,HoMS)材料以纳米颗粒为基本构筑单元,由外至内次序排列的多孔壳层赋予了材料独特的时空有序性,是一种极具竞争力的新型功能材料.然而,由于结构的复杂性,很长一段时间以来,仅有少数几种组分的HoMS被合成出来,极大限制了该新型功能材料的发展和应用.中国科学院过程工程研究所王丹课题组提出并发展的次序模板法(sequential templating approach, STA),为HoMS的普适可控合成提供了具有重要贡     

分子凝胶的拓展研究:有序三维荧光传感薄膜和低密度多孔材料的创新制备

经过几十年的发展,分子凝胶研究取得了巨大的进步.然而,这些研究大多还停留在开发新的胶凝剂、发现新的凝胶体系和揭示新的胶凝机理.在未来的研究中,如何更好地发挥分子凝胶的优势,推进分子凝胶的现实应用已经成为该领域研究人员的共同期盼.考虑到:(1)有序或部分有序小分子胶凝剂三维网络结构的形成是分子凝胶赖以存在的基础,(2)内相多孔网状结构的存在有助于荧光敏感薄膜材料获得良好传感性能,(3)凝胶乳液的液-液两相特点有可能因凝胶作用的发生而转化为固-固(凝胶-凝胶)或固-液(凝胶-液)两相结构等因素,在过去的10年里,作者实验室将分子凝胶策略引入到新型荧光敏感薄膜材料、凝胶乳液和以凝胶乳液为模板的低密度多孔材料制备中,由此,获得了一系列性能优异的敏感薄膜材料和油水分离材料,拓展了分子凝胶研究.本文结合本课题组工作实际,阐述分子凝胶策略在功能表界面材料制备中的应用,提出分子凝胶拓展研究面临的主要挑战,展望分子凝胶拓展研究的前景和发展趋势.     

再说动物给人类的有益启示

特殊的粘胶剂在材料科学家的眼里,大海中还有许多生物新材料。比如海参通常是柔软而富有弹性的,但是当它受到威胁时,它能够使自己的身体变硬,是什么因素使它发生这样的变化呢? 海参的体内有大量的凝胶,也就是蛋白质和脂肪。脂肪也属于凝胶的一种,它存在于各种动物体内,当然也包括我们人类。凝胶作为一种材料是极其常见的,但它具有其他材料不能提供的特性。比如一块凝胶在吸收了30倍于自身体积的水分后仍能保持硬挺,并且感觉干燥。现在科学家们正在研究让凝胶能够移动。比如可以设计制作一个用凝胶驱动的聚合物“运动员”,他可以踢球,而守…     

静电纺三维纳米纤维体型材料的制备及应用

静电纺纳米纤维作为一种高技术、高附加值的纤维材料,在电子信息、环境治理、安全防护、组织工程等领域的应用已广泛展开.随着应用研究的不断深入,构建结构稳定的三维纤维材料已成为当前静电纺纤维应用性能提升的关键.近年来,科研人员已从溶液本体性质和制备方法2个方面进行了大量研究,通过逐层组装、辅助接收、外场优化等方法构建了多种三维纤维体型材料,并探索了其在组织工程等领域的应用.近期,研究人员提出了一种新型纤维三维网络重构方法,制备了超轻、超弹的纳米纤维气凝胶,为三维纤维材料的制备提供了新方法和新思路.本文在简要介绍静电纺丝技术及原理的基础上,综述了近年来三维构建方向的代表性进展,并对其未来发展进行了展望.     

天然纤维素物质模板制备功能纳米材料研究进展

自然生物物质特殊的天然结构赋予其人工材料所难以比拟的优异功能,是构建人造功能纳米结构材料理想的模板物质.天然纤维素物质作为一种常见的天然高分子化合物,从宏观到分子层次的独特阶层结构及其在纳米层级上的多孔网状形貌可期赋予以其为模板而制备的有关人造材料独特的性质和功能.以纳米层级的精度和客体基质(无机和有机的)精确复制自然纤维素物质,能够最大限度地把其优异性能(如多孔隙结构和高内表面积)引入到相应的人造材料中去.应用表面溶胶-凝胶方法可以在纤维素物质的纳米纤维表面以纳米级别的厚度可控沉积金属氧化物凝胶薄膜,特定功能的客体物质能够进一步地表面组装于其上;继之以合适的方法去除纤维素模板成分即得到相应的具有纤维素物质阶层状结构和形貌的人造功能材料.本文简述了以此为基础设计和构建新型纳米结构材料(如金属氧化物及其复合纳米材料、聚合物纳米材料、硅和金属纳米材料等)的研究进展.以自然纤维素物质为模板或支架开发功能材料是一条获得新型功能纳米材料的简便、低成本和对环境友好的捷径.     

气凝胶复合材料中遮光剂及纤维的掺杂方法

二氧化硅气凝胶广泛用于各种航天器、飞行器的热防护中,添加遮光剂或纤维能大大改善其在高温下的隔热性能.本文通过计算辐射特性得到遮光剂和纤维不同温度下的最佳掺杂粒径,在复合材料等效热导率最小时得到最佳掺杂量,并应用优化结果设计了具有温度梯度的多层掺杂方案.研究发现:遮光颗粒和纤维的最佳掺杂直径随温度增加而减小,掺杂量随温度增加而增加,研究的4种遮光剂(碳黑、SiC、ZrO_2和TiO_2)中,碳黑具有最好遮光效果,但高温下会被氧化,SiC在高温下具有较好的遮光效果;石英纤维多层掺杂具有最小有效热导率,碳黑与SiC遮光剂和石英纤维共同掺杂对辐射传热的抑制最强.气凝胶复合材料背温实验结果有效证实了掺杂优化方法的正确性.     

气凝胶超微粉Fe/ZrO2的光声光谱研究

当固体材料的晶粒直径达到激子的Pole直径时,其电子性质开始发生变化 这种量子尺寸效应使得材料显现出许多奇特的物理和化学性质,引起了许多科学工作者的浓厚兴趣.然而,以往的研究集中在单元素系统(如Ge,Ag等)、二元素系统(如SnO_2,ZrO_2,CdS等)的纳米固体材料.对于三元素系统固体材料的量子尺寸效应的研究尚未见报道.本文研究了三元素系统纳米材料Fe/ZrO_2的量子尺寸效应.Fe/ZrO_2是一种重要的Fischer-Tropsch反应的催化剂.Fe/ZrO_2用超临界流体干燥(SCFD)方法制备.该方法可极大地克服使凝胶粒子聚集的溶剂表面张力,是目前获得大孔容积高比表面氧化物气凝胶(Aerogel)超细粒子的最有效方法之一.本文研究了不同铁含量的几种不同粒子尺寸的Fe/ZrO_2的光声谱,并作了初步的理论解释.     

最轻的固体--气凝胶

有人称它是泡沫玻璃,有人称它是固体烟,其实两者都有道理,气凝胶是当今世界上最轻的固体,就像今年春天吉尼斯世界纪录大全所宣布的那样。气凝胶的成分中     

看不见的保护层——气凝胶

气凝胶真是令人称奇的东西,虽说属于固体物质一类,却很轻,密度不比空气大。气凝胶有时被称为"冻结的烟雾",给人的感觉是虚无缥缈的,就好像根本不存在一样。然而,美国航空航天局     

绒囊工作液防漏堵漏机理

防漏堵漏材料一直备受关注.室内用优选的十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和水、羟乙基淀粉、聚丙烯酰胺以及专有化学处理剂为原料,研发出新型防漏堵漏工作液.实验和应用表明,新型工作液能够封堵大小不同的漏失通道且不影响正常作业.经1000～2000倍显微观察,工作液中有一种球形材料,静态下具有"一核二层三膜"微观结构.内部似气囊,外部似绒毛,遂称该材料为"绒囊".静态下,气囊绒毛结合完整,凝胶强度高;动态下,绒毛被剪切或散落,黏度低,满足工程需要.若漏失通道直径或宽度大于绒囊直径,绒囊堆积成侧躺圆锥状分解工作液液柱压力,实现防漏堵漏;漏失通道直径或宽度与绒囊直径相当,绒囊被低压区吸入时由圆形变成椭圆形,增加漏入漏失通道阻力,实现防漏堵漏;漏失通道直径或宽度小于绒囊直径,绒囊工作液利用高凝胶强度形成非渗透膜屏蔽漏失通道,实现防漏堵漏.从而,全面封堵大小不一的漏失通道。