微納復(fù)合SiO2氣凝膠超級(jí)絕熱建筑外墻保溫材料

沈軍，吳宇，張志華，杜艾，高國(guó)華，趙科仁，姚獻(xiàn)東，董淼軍

（1.同濟(jì)大學(xué) 波爾固體物理研究所，上海 200092；2.納諾科技有限公司，浙江 紹興 312366）

微納復(fù)合SiO2氣凝膠超級(jí)絕熱建筑外墻保溫材料

沈軍1，吳宇1，張志華1，杜艾1，高國(guó)華1，趙科仁2，姚獻(xiàn)東2，董淼軍2

（1.同濟(jì)大學(xué) 波爾固體物理研究所，上海 200092；
2.納諾科技有限公司，浙江 紹興 312366）

我國(guó)建筑能耗巨大并處于高速增長(zhǎng)期，而現(xiàn)有的建筑外墻保溫材料各有缺點(diǎn)，如保溫性能差，耐候性差等，因而保溫效果極好、阻燃、耐候的納米多孔氣凝膠基外墻保溫材料日益受到人們的青睞?；赟iO2氣凝膠的超級(jí)保溫隔熱特性，針對(duì)成本、使用壽命和燃燒性等建筑材料最關(guān)注的問(wèn)題，通過(guò)微納復(fù)合技術(shù)，提出了有效的解決方案并形成了規(guī)?；a(chǎn)。通過(guò)仿真模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，使用氣凝膠復(fù)合保溫板的建筑耗能將明顯降低。

外墻保溫；SiO2氣凝膠；微納復(fù)合；仿真

0 前言

我國(guó)正處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致我國(guó)建筑能耗消費(fèi)處于高速增長(zhǎng)期?！笆晃濉逼陂g我國(guó)每年新建建筑面積20多億m2，是世界上最大的建筑市場(chǎng)。據(jù)2005年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)民用建筑面積約420億m2，其中節(jié)能建筑不到1%。預(yù)計(jì)到2020年底，全國(guó)房屋建筑面積將新增250億～300億m2，也就是說(shuō)“我國(guó)有50%的存量建筑是在2020年前建成的”（2005年國(guó)務(wù)院新聞辦新聞發(fā)布會(huì)）。如果延續(xù)目前的建筑能耗狀況，每年將消耗1.2萬(wàn)億kW·h和4.1億t標(biāo)煤，接近目前全國(guó)建筑能耗的3倍。加之建材的生產(chǎn)能耗16.7%，約占全社會(huì)總能耗的46.7%，建筑節(jié)能已成為國(guó)家的重大戰(zhàn)略問(wèn)題。

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制新建建筑外墻保溫指標(biāo)并對(duì)既然有建筑進(jìn)行外墻保溫改造被公認(rèn)為適合我國(guó)國(guó)情的建筑節(jié)能方法。然而，符合國(guó)家A級(jí)（不燃）標(biāo)準(zhǔn)的保溫材料主要有膨脹珍珠巖保溫涂層、膠粉聚苯顆粒保溫漿料和巖棉等，其中，珍珠巖保溫涂層和膠粉聚苯顆粒保溫漿料保溫性能不佳，而巖棉雖然保溫性能尚可，但是受限于礦藏豐度與開(kāi)發(fā)量，不可能實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。此外這些材料一般易于吸潮、脆性大或密度較大，生產(chǎn)、安裝、使用均不方便。因此，一種隔熱性能優(yōu)異與聚苯板相當(dāng)）、資源豐富、阻燃的外墻保溫材料的研發(fā)已經(jīng)迫在眉睫。公消令[2011]65號(hào)文件明確規(guī)定，外墻保溫只能采用A級(jí)不燃建材，保溫效果極好、阻燃、耐候的納米多孔氣凝膠[1-7]基外墻保溫材料目前市場(chǎng)容量巨大，各類保溫材料的主要性能比較見(jiàn)表1。

表1 各類保溫材料物理性能比較

從表1可以看出，氣凝膠復(fù)合保溫板是一種耐候性和保溫性較好的材料。國(guó)內(nèi)外高校、實(shí)驗(yàn)室和研究所等科研單位對(duì)氣凝膠材料進(jìn)行專業(yè)研究不少，但比較成熟的專業(yè)生產(chǎn)單位主要是美國(guó)和德國(guó)的Aspen公司和Cabot公司，而將氣凝膠用于建筑保溫的研究和生產(chǎn)就更少。Aspen公司主要生產(chǎn)Spaceloft系列產(chǎn)品是由40%～50%（質(zhì)量百分比，下同）硅甲基化的氧化硅氣凝膠、10%～20%的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維、10%～20%紡織級(jí)的玻璃纖維和0～5%的氫氧化鎂組成的保溫氈，Cabot公司的Thermal Wrap系列產(chǎn)品則由45%～77%硅甲基化的氧化硅氣凝膠、17%～47%的共聚雙烯烴纖維和0～6%的尼龍組成的保溫氈。2種產(chǎn)品的制作工藝未公開(kāi)，但是從主要成分來(lái)看，2種產(chǎn)品均含有機(jī)聚合物，在建設(shè)和使用過(guò)程中存在較高的燃燒安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，這類產(chǎn)品成本極高，目前多用于航空航天器的保溫、軍用設(shè)施的保溫、醫(yī)藥化工和石油管道保溫等高端領(lǐng)域，無(wú)法滿足價(jià)低量廣的建筑外墻保溫應(yīng)用。

本項(xiàng)目基于氣凝膠的超級(jí)保溫隔熱特性，針對(duì)成本、使用壽命和燃燒性等建筑材料最關(guān)注的問(wèn)題提出了有效的解決方案，并形成了規(guī)?；a(chǎn)。在技術(shù)上具有先進(jìn)性，形成生產(chǎn)能力后，將產(chǎn)生積極的社會(huì)影響和可觀的投資回報(bào)。

1 總體技術(shù)原理

1.1 背景

本課題主要涉及一種納米多孔氣凝膠超級(jí)絕熱材料的生產(chǎn)和加工，并最終在船艙、車箱、管道、泵體、建筑等方面進(jìn)行高效隔熱保溫應(yīng)用。GB/T4272—1992《設(shè)備及管道保溫技術(shù)通則》規(guī)定，凡平均溫度不高于350℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.12 W/（m·K）的材料稱為保溫材料，把導(dǎo)熱系數(shù)在0.05 W/（m·K）以下的材料稱為高效保溫材料，而國(guó)際上把在預(yù)定使用條件下導(dǎo)熱系數(shù)低于“無(wú)對(duì)流空氣”導(dǎo)熱系數(shù)的絕熱材料稱為超級(jí)絕熱材料。SiO2氣凝膠就是典型的超級(jí)絕熱材料，常溫常壓下，SiO2氣凝膠的總體導(dǎo)熱系數(shù)可低至0.015 W/（m·K）以下。SiO2氣凝膠是一類由納米量級(jí)的超細(xì)SiO2微粒相互聚集構(gòu)成納米多孔網(wǎng)絡(luò)，并在孔隙中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的一種無(wú)定形的高分散固態(tài)材料，其兼具宏觀特性與納米效應(yīng)的特點(diǎn)使其具有超低的導(dǎo)熱系數(shù)，成為最具典型意義、研究最深入、絕熱性能最優(yōu)異的超級(jí)絕熱材料之一。常溫下氣凝膠的熱傳導(dǎo)主要包括固態(tài)熱傳導(dǎo)和氣態(tài)熱傳導(dǎo)2個(gè)方面：在固態(tài)熱傳導(dǎo)方面，氣凝膠極低的固體含量與豐富的氣-固界面（邊界）限制了骨架中聲子間相互碰撞的可能，而大量的無(wú)序結(jié)構(gòu)與缺陷對(duì)聲子傳播產(chǎn)生了強(qiáng)烈的散射作用，具有超低的固體導(dǎo)熱系數(shù)；在氣態(tài)熱傳導(dǎo)方面，其孔洞尺寸大多分布在50 nm以內(nèi)，小于大氣環(huán)境下氣體分子的平均自由程，限制了氣體分子間的相互碰撞，從而具有超低的氣體導(dǎo)熱系數(shù)。SiO2氣凝膠由無(wú)機(jī)材料構(gòu)成，具有優(yōu)異的防火阻燃性能。此外，氣凝膠的密度極低（一般約為3～200 kg/m3），用作高效保溫隔熱材料，可以避免自重過(guò)大引起的損傷和失效等問(wèn)題。

然而，傳統(tǒng)的純SiO2氣凝膠力學(xué)性能差、易吸潮、極脆，不能直接應(yīng)用。本項(xiàng)目依托同濟(jì)大學(xué)上海市特殊人工微結(jié)構(gòu)材料與技術(shù)，通過(guò)調(diào)控溶膠-凝膠[8-9]生長(zhǎng)模式，增強(qiáng)氣凝膠自身結(jié)構(gòu)；通過(guò)微米尺度的材料與氣凝膠進(jìn)行微納復(fù)合以勻化應(yīng)力，進(jìn)一步增強(qiáng)氣凝膠；通過(guò)對(duì)表面進(jìn)行處理結(jié)合常壓干燥技術(shù)[10-12]使氣凝膠疏水甚至超疏水化，避免高溫、高壓過(guò)程，并采用廉價(jià)原料進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本[13-16]。本項(xiàng)目還將在氣凝膠基材料生產(chǎn)以后進(jìn)行深加工，制成可直接安裝和使用的保溫套件。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

本課題圍繞低成本、大規(guī)模的微納復(fù)合技術(shù)，生產(chǎn)兼具優(yōu)良絕熱性能、燃燒性能、機(jī)械性能和耐候性能的微米級(jí)復(fù)合質(zhì)/納米多孔氣凝膠板材或柔性氈[17]等外墻保溫產(chǎn)品。選用SiO2氣凝膠材料，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、技術(shù)成熟、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、保溫隔熱性能極佳等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)微納復(fù)合技術(shù)解決傳統(tǒng)的純SiO2氣凝膠極易碎、易吸潮以及成本較高等缺點(diǎn)。

1.2.1 增強(qiáng)氣凝膠自身骨架

改變前驅(qū)體的配位環(huán)境，通過(guò)控制合成參數(shù)調(diào)控氣凝膠的微結(jié)構(gòu)，使氣凝膠微缺陷和微裂紋減少，從而提高其強(qiáng)度。

1.2.2 復(fù)合增強(qiáng)與應(yīng)力勻化

通過(guò)纖維、粉末或水泥等物質(zhì)與氣凝膠復(fù)合，利用這些復(fù)合質(zhì)微米結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和韌性分擔(dān)應(yīng)力，提高復(fù)合氣凝膠的整體強(qiáng)度；對(duì)復(fù)合質(zhì)表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚硎箯?fù)合質(zhì)與氣凝膠之間發(fā)生鍵合，使應(yīng)力均勻化，降低復(fù)合氣凝膠的脆性，大幅提高材料的韌性和機(jī)械強(qiáng)度。

1.2.3 表面改性增強(qiáng)耐候性

氣凝膠的比表面積較大，非常易于吸潮，改變氣凝膠微觀結(jié)構(gòu)甚至破壞其骨架，從而影響其隔熱效果。采用惰性基團(tuán)取代其表面的親水性基團(tuán)（硅羥基），使其實(shí)現(xiàn)內(nèi)表面完全疏水化，從宏觀和微觀上均排斥水及水蒸氣，解決易吸潮的問(wèn)題。

1.2.4 多環(huán)節(jié)技術(shù)進(jìn)一步降低成本

進(jìn)行全過(guò)程成本分析，研究?jī)?yōu)化條件控制成本；采用工業(yè)級(jí)廉價(jià)硅源作為前驅(qū)體，調(diào)整溶膠-凝膠過(guò)程，獲得結(jié)構(gòu)和性能均較佳的氣凝膠；避免采用耗時(shí)、高溫、高壓的超臨界流體干燥工藝，研究和優(yōu)化常壓干燥工藝，降低干燥成本，并提高生產(chǎn)效率。

1.3 產(chǎn)品的性能指標(biāo)

經(jīng)優(yōu)化措施，最終產(chǎn)品的綜合成本低于200元/m2（1 cm厚）；燃燒性能A或 B1級(jí)；（3）導(dǎo)熱系數(shù)為0.015～0.020 W/（m·K）；（4）耐候、超級(jí)疏水，接觸角約為150°；（5）密度為0.05～0.25 g/cm3。

1.4 擴(kuò)大生產(chǎn)中的創(chuàng)新點(diǎn)

1.4.1 氣凝膠骨架結(jié)構(gòu)控制的增強(qiáng)技術(shù)

將納米多孔SiO2氣凝膠材料與玻璃、陶瓷等無(wú)機(jī)纖維相進(jìn)行微納跨尺度復(fù)合，形成具有優(yōu)良保溫隔熱性能、燃燒性能、機(jī)械性能、耐候性能的新型高效建筑保溫材料。

1.4.2 氣凝膠低成本制備技術(shù)

減少有機(jī)溶劑使用量、避免超臨界流體干燥工藝及使用廉價(jià)的前驅(qū)體是降低氣凝膠成本的3大關(guān)鍵因素。項(xiàng)目采用惰性基團(tuán)取代凝膠表面的親水性基團(tuán)（硅羥基），使其表面疏水化，既可提高氣凝膠的耐候性，又可實(shí)現(xiàn)常壓干燥，降低生產(chǎn)成本。此外，硅的烷氧基化合物一般價(jià)格昂貴，采用工業(yè)級(jí)硅烷、水溶膠、水玻璃或稻殼灰為前驅(qū)體制備氣凝膠的工藝可縮減前驅(qū)體成本甚至減少溶劑消耗。然而，低成本工藝制備的氣凝膠相比傳統(tǒng)方式制備的氣凝膠在力學(xué)性能、均勻性與成型性能方面均會(huì)有所降低，選擇合適的工藝（如修飾液成分與濃度調(diào)節(jié)、修飾方式、不同硅源與凝膠化方式等）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本與性能的平衡。

1.4.3 大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)

擴(kuò)大生產(chǎn)時(shí)的工藝能否保證生產(chǎn)要求，關(guān)鍵在于溶膠的穩(wěn)定性、凝膠化的快速性與氣凝膠的成型性。項(xiàng)目擬采用添加助凝劑、調(diào)節(jié)pH值、選擇凝膠促進(jìn)劑等方式加速凝膠化過(guò)程，提高生產(chǎn)效率。最后，氣凝膠的成型性控制決定產(chǎn)物的性狀。凝膠的強(qiáng)度較低，即使面對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中極輕的擠壓和碰撞，凝膠也易于散開(kāi)破損，干燥過(guò)程中極易揚(yáng)粉，干燥后的氣凝膠易于粉化、成團(tuán)，降低力學(xué)性能和導(dǎo)熱系數(shù)。本項(xiàng)目通過(guò)微納復(fù)合技術(shù)（纖維或微米粉末與溶膠復(fù)合成型）大幅提高其成型性，并采用調(diào)整工藝、強(qiáng)迫老化、部分干燥預(yù)成型等方式來(lái)進(jìn)一步提高氣凝膠的成型性。

1.4.4 安全生產(chǎn)技術(shù)

氣凝膠一般制備過(guò)程在擴(kuò)大工藝時(shí)面臨安全隱患。針對(duì)原料儲(chǔ)存、溶膠混合反應(yīng)、移液、催化反應(yīng)、凝膠化成型、修飾、替換、干燥和產(chǎn)品儲(chǔ)存方面的不同要求，本課題通過(guò)設(shè)計(jì)表面處理防腐、進(jìn)料出料、加熱或冷卻、混合、泵與管道、噴嘴、連續(xù)成型模具等生產(chǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)安全和高效生產(chǎn)。通過(guò)設(shè)備設(shè)計(jì)，降低擴(kuò)大生產(chǎn)中的局部反應(yīng)過(guò)度，通過(guò)熱交換與反應(yīng)釜結(jié)合的方式降低反應(yīng)熱的影響，通過(guò)強(qiáng)制通風(fēng)結(jié)合部分封閉工藝控制多個(gè)流程中的易燃溶劑揮發(fā)問(wèn)題，從而給擴(kuò)大生產(chǎn)提供安全保障。

1.4.5 氣凝膠基復(fù)合材料的表面處理

對(duì)氣凝膠基復(fù)合材料使用改性劑和表面封閉劑，如外購(gòu)專用材料及由VAE乳液、乙二醇、丁二酯等高分子材料組成的自制改性劑和封閉劑，既可以封閉表面吸水通道，保持氣凝膠復(fù)合板優(yōu)異的保溫性能，增強(qiáng)系統(tǒng)安全性，延長(zhǎng)使用壽命，又能提高氣凝膠復(fù)合板的表面強(qiáng)度[18-19]。

1.4.6 以氣凝膠基復(fù)合板為保溫層的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)性設(shè)計(jì)分為2個(gè)層面，即輔助材料的性能設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。輔助材料開(kāi)發(fā)的技術(shù)思路是采用合適的激發(fā)劑，使彼此孤立的硅質(zhì)砂石顆粒表面活化，與加入的改性材料形成交聯(lián)，從而形成穿插于砂漿空隙的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)不同結(jié)構(gòu)的保溫系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試、加速老化實(shí)驗(yàn)等，得出各保溫系統(tǒng)的性能指標(biāo)，分析各材料層厚度、材料層設(shè)計(jì)等因素對(duì)系統(tǒng)保溫性能、安全和耐候性的影響，進(jìn)而選出最佳的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2 實(shí)際應(yīng)用

2.1 耐火試驗(yàn)

選取市場(chǎng)上2種主流保溫材料——巖棉、阻燃型擠塑聚苯板與氣凝膠復(fù)合保溫板進(jìn)行耐火試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 氣凝膠復(fù)合保溫板與市售主流保溫材料耐火試驗(yàn)

將3種材料在酒精噴燈外焰（900℃以上）經(jīng)過(guò)1 h燃燒，從圖1結(jié)果可以看出，阻燃型擠塑聚苯板遇火即化，巖棉部分被燒蝕且燃燒過(guò)程中有刺激性氣味，而氣凝膠復(fù)合保溫板表面無(wú)任何變化。

2.2 建筑仿真

本項(xiàng)目運(yùn)用PKPM節(jié)能建筑軟件和DeST進(jìn)行建模仿真計(jì)算，對(duì)市場(chǎng)中廣泛使用的聚苯乙烯板、巖棉以及氣凝膠復(fù)合保溫板進(jìn)行節(jié)能效果對(duì)比分析。通過(guò)對(duì)同一建筑加裝不同種類的保溫材料進(jìn)行能耗對(duì)比。仿真對(duì)象：上海住宅建筑（北緯31°11'，東經(jīng)121°29'，HDD18=1691，CDD26=164），建筑面積714 m2。達(dá)到相同保溫效果時(shí)，幾種保溫材料的厚度比較見(jiàn)圖2。對(duì)該建筑分別加裝10 mm厚氣凝膠、40 mm厚發(fā)泡聚苯乙烯板、30 mm厚巖棉板的能耗進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖3。

圖2 達(dá)到同樣保溫效果時(shí)幾種保溫材料的厚度比較

圖3 各型產(chǎn)品耗電比較

從圖2、圖3可以看出，仿真得出的負(fù)荷數(shù)據(jù)按照冷熱負(fù)荷cop值、現(xiàn)行上海市居民用電價(jià)格進(jìn)行估算得出結(jié)果：氣凝膠復(fù)合保溫板單位建筑面積年耗電量33.1 kW·h/m2，建筑年耗電費(fèi)用18.38元/m2，比巖棉板、阻燃型聚苯板年耗電費(fèi)用分別節(jié)約2.06元/m2和0.56元/m2。

除了上述的建筑領(lǐng)域，納米復(fù)合氣凝膠保溫隔熱氈目前主要應(yīng)用于油田的熱力管道（據(jù)了解在克拉瑪依等油田已使用數(shù)十萬(wàn)平方米）。鑒于愈來(lái)愈多的老油田進(jìn)入黏油復(fù)采階段，將會(huì)有更多的熱力管道對(duì)納米復(fù)合氣凝膠保溫隔熱氈提出大量的需求。國(guó)內(nèi)主要納米復(fù)合氣凝膠保溫隔熱氈生產(chǎn)商已新增了生產(chǎn)線，但仍未滿足需求。另外納米復(fù)合氣凝膠保溫隔熱氈已被應(yīng)用到多家發(fā)電廠、石油化工廠、醫(yī)藥化工廠。因此，納米復(fù)合氣凝膠保溫隔熱氈的第二大市場(chǎng)為工業(yè)領(lǐng)域。在交通運(yùn)輸領(lǐng)域納米復(fù)合氣凝膠保溫隔熱氈被用于動(dòng)車列車車廂、艦船等，從最初在軍工領(lǐng)域應(yīng)用，到目前已經(jīng)發(fā)展在多領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.3 產(chǎn)品與示范工程

氣凝膠由于其組成為氧化無(wú)機(jī)材料，所以具有優(yōu)異的隔熱保溫和阻燃性能。納諾科技有限公司將傳統(tǒng)的氧化硅氣凝膠與無(wú)機(jī)纖維復(fù)合，成功研發(fā)出氣凝膠復(fù)合保溫氈、板等新型建筑保溫材料，密度為180～220 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)≤0.020 W/ （m·K），A級(jí)防火?？蓮V泛用于高效節(jié)能建筑、熱網(wǎng)管道、化工、石油、艦船等需要高效絕熱保溫和防火的領(lǐng)域。公司擁有十多項(xiàng)國(guó)家專利，產(chǎn)品已成功在多個(gè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用，氣凝膠產(chǎn)品及工程應(yīng)用見(jiàn)圖4。

圖4 氣凝膠外墻保溫應(yīng)用示范工程（上海金山）

3 結(jié)語(yǔ)

氣凝膠復(fù)合保溫材料因其優(yōu)良的保溫隔熱性，阻燃性和耐候性，在建筑工業(yè)、交通運(yùn)輸、國(guó)防軍工領(lǐng)域均有極其廣闊的應(yīng)用前景。

本課題圍繞低成本、大規(guī)模的微納復(fù)合技術(shù)，生產(chǎn)兼具優(yōu)良絕熱性能、燃燒安全性、機(jī)械性能和耐候性能的微米級(jí)復(fù)合質(zhì)/納米多孔氣凝膠板材或柔性氈等外墻保溫產(chǎn)品，且通過(guò)仿真模擬計(jì)算表明，使用氣凝膠復(fù)合保溫板的建筑耗能降低。納諾科技有限公司研發(fā)的氣凝膠復(fù)合保溫氈、板等新型建筑保溫材料已成功地在多個(gè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn):

[1]王鈺.輕質(zhì)納米多孔性材料——?dú)饽z[J].材料導(dǎo)報(bào)，1993（2）: 36-38.

[2]沈軍，王鈺，吳翔.氣凝膠——一種結(jié)構(gòu)可控的新型材料[J].材料科學(xué)與工程，1994，12（3）：1-5.

[3]王鈺，沈軍.有機(jī)氣凝膠和碳?xì)饽z的研究與應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報(bào)，1994（4）：54-57.

[4]沈軍，王鈺，吳翔，等.硅氣凝膠的結(jié)構(gòu)控制研究[J].材料科學(xué)與工藝，1994，2（4）：87-93.

[5]王鈺，沈軍，JFricke.高效隔熱材料摻TiO2及玻璃纖維硅石氣凝膠的研制[J].材料研究學(xué)報(bào)，1995，9（6）：568-572.

[6] 沈軍，王鈺，吳翔.硅氣凝膠和它的分形結(jié)構(gòu)[J].中國(guó)學(xué)術(shù)，1994，23 （8）：483-487.

[7]沈軍，王鈺，吳翔，等.二氧化硅氣凝膠的小角X光散射研究[J].無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)，1996，11（4）：753-756.

[8]沈軍，王鈺，甘禮華，等.溶膠-凝膠法制備SiO2氣凝膠及其特性研究[J].無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)，1995，10（1）：69-75.

[9] 倪星元，張志華，黃耀東，等.SiO2納米多孔材料制備及其保溫隔熱特性研究[J].原子能科學(xué)技術(shù)，2004，38：129-133.

[10] 沈軍，王際超，倪星元，等.以水玻璃為源常壓制備高保溫二氧化硅氣凝膠[J].功能材料，2009，40（1）：149-158.

[11] 吳國(guó)友，程璇，余煜璽，等.常壓干燥制備二氧化硅氣凝膠[J].化學(xué)進(jìn)展，2010，22（10）：1892-1900.

[12] 陳一民，洪曉斌，趙大方，等.常壓制備玻璃基疏水Si02氣凝膠[J].化工新型材料，2005，33（8）：21-23.

[13]侯貴華.稻殼灰裂解制備SiO2氣凝膠的研究[J].無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)，2003，18（2）：407-412.

[14]王文琴，張志華，祖國(guó)慶，等.一種二氧化硅氣凝膠的低成本制備方法：中國(guó)，CN102992333A[P].2013-03-27.

[15]王文琴，張志華，祖國(guó)慶，等.一種水性條件下低成本制備氣凝膠或氣凝膠纖維復(fù)合材料的方法：中國(guó)，CN103204666A[P]. 013-07-17.

[16]沈軍，王文琴，張志華，等.純水體系下硅氣凝膠的低成本制備方法.中國(guó)，C01B33/16，CN103496707A[P].2014-01-08.

[17]Zhang Z H，Shen J，Ni X Y，et al.Preparation and characterization of hydrophobic silica aerogels doped with fibers[J].Rare Met.Mater.Eng.，2008，37（2）：16-19.

[18] RaoA V，KulkarniM M，AmalnerkarD P，etal.Surface chemical modification of silica aerogels using various alkylalkoxy/chloro silanes[J].Appl.Surf.Sci.2003:206，262-270.

[19] Rao A P，Rao A V，Pajonk G M.Hydrophobic and physical properties of the ambient pressure dried silica aerogels with sodium silicate precursor using various surface modification agents[J].Appl.Surf.Sci.，2007，253：6032-6040.

Super thermal insulation materials--micro-nano composite silica aerogels in building exterior wall

SHEN Jun1，WU Yu1，ZHANG Zhihua1，DU Ai1，GAO Guohua1，ZHAO Keren2，YAO Xiandong2，DONG Miaojun2
（1.Pohl Institute of Solid State Physics，Tongji University，Shanghai 200092，China；
2.NANO TECH Co.Ltd.，Shaoxing 312366，Zhejiang，China）

Nowadays，China's building energy consumption is huge and in a period of rapid growth，while the existing building exterior wall thermal insulation materials have their own disadvantages,such as poor insulation performance and poor weather resistance.So the nano porous aerogels based exterior wall material is increasingly favored by people with excellent insulation effect，flame resistance，weather resistance.Based on super thermal insulation properties of silica aerogels and aiming at the cost，the service life and the combustibility which building materials are most concerned about,this paper put forward effective solution and formed a large-scale production through the micro-nano composite technology.It's found that building energy consumption will be reduced greatly with the use of aerogel composite insulation board through the simulation.

exterior wall thermal insulation，silica aerogels，micro-nano composite，simulation

TU55

A

1001－702X（2015）04－0017-05

2014-10-09

國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目（2013BAJ01B01）

沈軍，男，1967年生，江蘇江陰人，教授，博士，博士生導(dǎo)師。