氣凝膠在高分子復(fù)合材料制備中的應(yīng)用分析

孫文濤

摘要：氣凝膠是新型的納米級的多孔材料，有著自己特殊的結(jié)構(gòu)。氣凝膠中的分散物質(zhì)一般為氣體，將該氣體填充在三維網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)縫隙中間。高分子復(fù)合材料性能非常高，因此制備過程中的要求也比較高。氣凝膠是一種具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料，有低熱傳導(dǎo)的特點(diǎn)，按照這些特點(diǎn)，氣凝膠被用于油水分離、催化載體以及氣體吸附等方面。

關(guān)鍵詞：氣凝膠;復(fù)合材料;油水分離

1氣凝膠的制備

氣凝膠的制備方法包含環(huán)氧化物法、水熱法以及溶膠凝膠法。水熱法赫爾環(huán)氧化法的應(yīng)用非常少，只能夠用于指定的氣凝膠材料制備過程，大多數(shù)都不能用該方法制備。用溶膠凝膠法來制備氣凝膠的方法應(yīng)用范圍非常廣，是制備氣凝膠材料的主要方法。

溶膠凝膠法的制備過程為：在反應(yīng)溶液中首先形成初次粒子，通過他們之間的相瓦碰撞形成了三維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)凝膠。上面的三種反應(yīng)過程都是同時(shí)發(fā)生的，溶膠凝膠法的制備方法包含三種：第一，凝聚法即聚合物單體發(fā)生在溶液中通過聚合或者是共聚的方式形成凝膠;第二，膠體本身的粉末經(jīng)過溶膠之后就會發(fā)生凝膠化;第三，鹽類的前驅(qū)體通過水解過程形成溶膠之后進(jìn)行干燥制成凝膠。

2氣凝膠以及其復(fù)合材料的應(yīng)用分析

氣凝膠從本質(zhì)上來說是一種比較特殊的納米材料，所以，從這個角度來看，氣凝膠有著非常多的優(yōu)點(diǎn)，例如，較高的孔隙率、相對比較低的熱導(dǎo)率，密度較低而且透明性較其他材料較好。正因?yàn)闅饽z及其復(fù)合材料有著這樣的優(yōu)勢，所以，才被廣泛地應(yīng)用在水處理、力學(xué)、光學(xué)等領(lǐng)域。

2.1氣凝膠在隔熱保溫方面的應(yīng)用分析

隔熱材料在各個方面都有著非常廣泛的應(yīng)用，從字面意思上看，隔熱材料主要是對熱量的傳遞起到有效的阻隔作用，隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，阻礙熱傳遞的功能性材料越來越被廣泛地應(yīng)用在建筑行業(yè)中。其中，氣凝膠一般是可以作為一種隔熱板的應(yīng)用在建筑物的外墻部分，不但能夠起到良好的效果，而且還有助于建筑成本的降低。不僅如此，在建筑行業(yè)中，氣凝膠還可以對氣體的運(yùn)輸管道進(jìn)行保溫，并對管道起到良好的保護(hù)作用。

從物理學(xué)的原理上來看，氣凝膠的熱傳導(dǎo)作用主要是通過輻射傳導(dǎo)、氣態(tài)傳導(dǎo)以及固態(tài)傳導(dǎo)這三個方面組成，氣凝膠是具有納米結(jié)構(gòu)的一種材料，在常壓的條件下，氣凝膠材料的孔隙內(nèi)的氣體對于熱傳導(dǎo)的貢獻(xiàn)是低于O.O1W/mk的，此外，氣凝膠的密度比較低，可以有效地限制由局域所激發(fā)的傳播，而且在固態(tài)傳導(dǎo)的方式之下，其傳導(dǎo)率非常小，和玻璃材質(zhì)的材料相比，固態(tài)的傳導(dǎo)率要低3個數(shù)量級。不僅如此，氣凝膠的耐高溫的性能非常好，當(dāng)外界溫度即使達(dá)到800℃的條件下，氣凝膠的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等方面也不會發(fā)生顯著的變化，甚至一些氣凝膠還能承受了2000℃的高溫。

2.2氣凝膠在聲學(xué)方面的應(yīng)用

在聲學(xué)的應(yīng)用方面，多孔材料有著非常廣泛的應(yīng)用。在噪音的防治原理中，各種雜亂無章的聲波如果在傳播的過程中碰到了多孔的材料之后，就會因?yàn)榉瓷渥饔玫拇嬖诙沟寐暡ū幌魅?，剩余的聲波會接著在多孔材料中接著傳播和削弱，在這個物理現(xiàn)象中，聲波所產(chǎn)生的振動和孔壁與界面發(fā)生一定的摩擦作用，使得聲波轉(zhuǎn)變成為熱能進(jìn)而消失。結(jié)合這一物理反應(yīng)的特點(diǎn)，我們可以看到，氣凝膠有著較高的比表面積和孔隙率，那么將氣凝膠運(yùn)用在聲學(xué)的方面就可以對聲波的傳播阻隔效果更強(qiáng)，所以，氣凝膠越來越被廣泛地應(yīng)用于城市建筑物之中。

2.3氣凝膠在電學(xué)方面的應(yīng)用

從氣凝膠的物理特性來看，氣凝膠的介電常數(shù)是比較低的，不僅如此，氣凝膠的介電常數(shù)還具有很強(qiáng)的可調(diào)控性，所以，氣凝膠往往是被作為一種襯底的材料被廣泛應(yīng)用于集成電路之中。從物理學(xué)的原理來看，集成電路的襯底材料所應(yīng)具有的介電常數(shù)和電子的運(yùn)算速率是呈現(xiàn)反比例的關(guān)系的，也就是說，介電常數(shù)越大，其運(yùn)算的速率也就越慢。而氣凝膠材料的介電常數(shù)是非常小的，這對于提高電子的運(yùn)算速率有著非常好的效果。不僅如此，氣凝膠還有一大優(yōu)勢就是它還是一種電絕緣的材料，這樣就可以杜絕電路漏電的可能性。

2.4氣凝膠在水污染處理方面的應(yīng)用

水是人類賴以生存的重要資源，尤其是近些年水質(zhì)量的惡化，使得人們越來越重視到水資源質(zhì)量的重要性。隨著我國工業(yè)化的發(fā)展，一些企業(yè)為了追求自身的經(jīng)濟(jì)效益，往往把污染的廢水排人河流和海洋之中，對人們的身體健康造成了巨大的威脅。而將氣凝膠材料應(yīng)用于水污染處理中有著非常好的效果。其優(yōu)勢主要在于氣凝膠材料不僅不會對水資源造成污染，而且吸附污染物有著快速的效果，更主要的是氣凝膠的價(jià)格低廉。其主要的原理為，氣凝膠具有多孔性的特點(diǎn)，因此具有一定的吸附特性，材料的表面分子受到了不均勻的作用力，在這種力的作用下使得材料的表明發(fā)生了吸附的現(xiàn)象。當(dāng)多孔性的聚合物的表面和溶液進(jìn)行接觸時(shí)，多孔材料表面的自由場吸引力會吸附溶液分子，這樣，被吸附的溶液分子在自身熱運(yùn)動的作用下，會進(jìn)一步擺脫多孔材料對其的吸附作用，形成了脫附的現(xiàn)象，而且該材料的脫附效率和吸附效率是相等的，所以氣凝膠材料不僅不會對水資源造成污染，而且吸附污染物有著快速的效果，在水污染的處理中有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭海濤.導(dǎo)電高分子氣凝膠的可控制備及性能研究[D].北京：北京理工大學(xué)，2016.