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硅基气凝胶，让房子变为“有温度的建筑”，未来有四个发展势头

文章来源：贤集网更新时间：2024-02-28 16:02:29

气凝胶具有高度多孔的微观结构，空气体积为85~99.8%，具有由松散堆积和粘合的颗粒或纤维组成的珍珠项链状网络。这种独特的布局使气凝胶成为最轻的固体材料(0.16mg/cm3)，具有仅次于真空绝热板的第二好的隔热性能。

早在1990年，气凝胶就被认为是21世纪的“奇迹材料”，并被列为可能改变世界的十大最有前景的科技研究主题之一。特别是，SA是目前最常见的气凝胶工业隔热产品，具有优异的光学透明度(可见光区~99%)和隔音性(低声速100m/s)。其它材料，如有机化合物、金属团簇和生物聚合物也可以嵌入到SA基体中，以得到更多的功能和更优异的力学性能。SA-TIMs可以形成单体、颗粒、粉末、微球、棒状、纤维状、薄膜状和板状等。由于SA-TIMs独特地结合了上述性能，在石化工程、交通运输、航空航天、家电、建筑和医疗设施等需要隔热、防火、透光、降噪和吸附性能的广泛应用中显示出巨大的潜力。

一、硅基气凝胶的自我介绍及本领

硅基气凝胶具有珍珠链状的纳米网络结构，孔间缝隙约占总结构的85％，且硅基气凝胶粒子之间的衔接处面积较小，因此在应用此结构不可避免的是其力学性能弱，质脆的缺陷。并且，精纯的硅基气凝胶富含大量的硅羟基，亲水性的特性也会让该材料在潮湿的环境中容易受水分子影响造成网络结构的膨胀与破裂。所以适当的将硅基气凝胶与其他材料或自身材料复合可以起到“相得益彰”的作用，也赋予了该材料新的性能。

例如将类似于纤维，晶须的第二相材料分散到纳米网络结构中，可以有效地抑制精纯气凝胶的亲水性，从而使网状结构更加稳定也增强其材料强度和韧性，可以很好地阻止热收缩的现象。另外掺入的纤维和遮光剂可以很好地降低硅基气凝胶的辐射热传导，也可以有效地提高耐高温性，可以很好地起到隔热的效果。

二．硅基气凝胶如何在建筑中发挥保温隔热的节能应用

硅基气凝胶的制备，让我们看到了能“自我供暖”的房子的可能，那么它应该如何应用在建筑上呢？就目前研究而言，建筑保温隔热材料的研究设计方向有三种：硅基气凝胶隔热涂料、硅基气凝胶玻璃与硅基气凝胶纤维复合材料。它们都是研究人员就着硅基气凝胶的绝热、阻燃、低密度和高透光的特性的应用进行的设想。

硅基气凝胶玻璃是对其高透光性和绝热性的应用，不仅可以在冬季减少室内热量向室外的传递，实现“自暖”，也可以在夏天减少室外热量向室内扩，实现“隔热”。同时又因玻璃的透明性，增加了室内的采光，让居住者能够享受太阳的同时不会被晒伤。而硅基气凝胶在建筑玻璃中主要应用是在普通玻璃表面进行镀膜或者是在双层玻璃的夹层中加入硅基气凝胶元素，两种方式都可以制备出硅基气凝胶玻璃。

硅基气凝胶隔热涂料则是通过物化的方式将第二相材料连续沉积硅基气凝胶的表面，使之形成涂层型的硅基气凝胶绝热复合材料。复合之后最大作用就是改善了硅基气凝胶的颈区强度，将此复合材料运用在建筑材料中，可以降低了室内调控温度设备的使用功率，从而达到了节能减排的理想效果。除此之外与其有异曲同工之妙的方式是，硅基气凝胶制成粉体后还可以在建筑应用中作为填料加入到涂料中，制成硅基气凝胶隔热涂料，从而也起到了保温隔热的功能，也是通过对室内调控温度的设备的能耗功率进行调节达到节能减排的目的的。

硅基气凝胶纤维复合材料借助一种或多种第二相材料融入至硅基气凝胶中，可以制成掺杂型的纳米孔结构硅基气凝胶绝热复合材料，具体功能为改善硅基气凝胶的孔隙结构并阻止第二相材料的膨胀与运动。通过设计并优化硅基气凝胶的结构构成成分，进而能够提高其符合型材料的力学性能，丰富硅基气凝胶的类型和它的功能性。该如何去提高硅基气凝胶的强度呢?那么只能是通过其与第二相材料的结合了。

例如陶瓷纤维、玻璃纤维、纤维素纤维等常见的材料，其长度、强度的特性与硅基气凝胶的连接也大大提高了整体复合材料的力学性能。除此之外，硅基气凝胶也可以通过遮光剂、纳米线、纳米管、晶须来增强其特性，这一类的材料都是可以称得上是建筑节能技术中的节能环保材料，这些材料的成功制备，仿佛已经看到“冬暖夏凉”屋子在向我们招手了。相信在不久的将来，这种屋子会成为现实，也相信我国的节能减排这一战会获得阶段性的胜利的。

二、硅基气凝胶保温隔热材料在建筑节能中的应用效果分析

近年来，随着人们对能源资源的日益重视，建筑节能成为了一个热门话题。随着科技的不断发展，各种新型建筑材料不断涌现，其中硅基气凝胶保温隔热材料已经成为了建筑节能领域的一个重要组成部分。本文旨在从专业角度对硅基气凝胶保温隔热材料在建筑节能中的应用效果进行分析。

首先，硅基气凝胶保温隔热材料具有较低的导热系数，这是它在建筑节能中的重要优势之一。研究表明，硅基气凝胶的导热系数低于一般保温材料，这意味着它能更有效地阻止热量的散失，从而有效降低建筑物的能耗。

此外，硅基气凝胶具有良好的绝热性能，可以有效保护建筑物内部环境。在冬季，它能有效阻止冷空气的流入，保护室内的温暖环境；在夏季，它能有效阻挡热空气的侵入，保护室内的凉爽环境。

此外，硅基气凝胶保温隔热材料还具有良好的防火性能。它具有高温不燃、无毒、无污染等特点，在火灾发生时能有效阻止火势的蔓延，保护建筑物内部的人员和设备。

最后，硅基气凝胶保温隔热材料的安装方便、使用寿命长等优势也是它在建筑节能领域的优势之一。相比传统的保温材料，硅基气凝胶的安装更加简便，不需要特殊的工具和技术，这大大缩短了施工周期。此外，硅基气凝胶的使用寿命长，能够长期有效地保护建筑物，提高建筑物的使用价值。

三、未来，气凝胶行业将保持快速发展的势头，主要体现在以下几个方面：

1.新应用领域的拓展。随着技术的进步和市场需求的增加，气凝胶的应用领域将不断扩大。例如，近几年来，气凝胶在电子产品和航空航天等领域的应用得到了迅猛发展。

2.技术创新的推动。气凝胶行业将借助技术创新不断提高产品的质量和性能，提升自身的竞争力。尤其是在材料研发、生产工艺和应用技术方面的创新，将成为行业发展的重要推动力。

3.市场竞争格局的优化。随着行业规模的扩大和市场需求的增加，气凝胶行业将出现一定程度的市场整合，主要体现在企业之间的并购重组和行业集中度的提高。

4.政策支持的增加。随着全球环保政策的不断加强，气凝胶行业将得到更多的政策支持和市场机遇，推动行业的健康发展。

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