氣凝膠在高分子復合材料制備中的應用分析

孫文濤

摘要：氣凝膠是新型的納米級的多孔材料，有著自己特殊的結構。氣凝膠中的分散物質一般為氣體，將該氣體填充在三維網(wǎng)格的結構縫隙中間。高分子復合材料性能非常高，因此制備過程中的要求也比較高。氣凝膠是一種具有網(wǎng)絡結構的材料，有低熱傳導的特點，按照這些特點，氣凝膠被用于油水分離、催化載體以及氣體吸附等方面。

關鍵詞：氣凝膠;復合材料;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)絡結構凝膠。上面的三種反應過程都是同時發(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，鹽類的前驅體通過水解過程形成溶膠之后進行干燥制成凝膠。

2氣凝膠以及其復合材料的應用分析

氣凝膠從本質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，例如，較高的孔隙率、相對比較低的熱導率，密度較低而且透明性較其他材料較好。正因為氣凝膠及其復合材料有著這樣的優(yōu)勢，所以，才被廣泛地應用在水處理、力學、光學等領域。

2.1氣凝膠在隔熱保溫方面的應用分析

隔熱材料在各個方面都有著非常廣泛的應用，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輸管道進行保溫，并對管道起到良好的保護作用。

從物理學的原理上來看，氣凝膠的熱傳導作用主要是通過輻射傳導、氣態(tài)傳導以及固態(tài)傳導這三個方面組成，氣凝膠是具有納米結構的一種材料，在常壓的條件下，氣凝膠材料的孔隙內的氣體對于熱傳導的貢獻是低于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)傳導的方式之下，其傳導率非常小，和玻璃材質的材料相比，固態(tài)的傳導率要低3個數(shù)量級。不僅如此，氣凝膠的耐高溫的性能非常好，當外界溫度即使達到800℃的條件下，氣凝膠的結構、性質等方面也不會發(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氣凝膠在聲學方面的應用

在聲學的應用方面，多孔材料有著非常廣泛的應用。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，就會因為反射作用的存在而使得聲波被削弱，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，使得聲波轉變成為熱能進而消失。結合這一物理反應的特點，我們可以看到，氣凝膠有著較高的比表面積和孔隙率，那么將氣凝膠運用在聲學的方面就可以對聲波的傳播阻隔效果更強，所以，氣凝膠越來越被廣泛地應用于城市建筑物之中。

2.3氣凝膠在電學方面的應用

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)還具有很強的可調控性，所以，氣凝膠往往是被作為一種襯底的材料被廣泛應用于集成電路之中。從物理學的原理來看，集成電路的襯底材料所應具有的介電常數(shù)和電子的運算速率是呈現(xiàn)反比例的關系的，也就是說，介電常數(shù)越大，其運算的速率也就越慢。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用

水是人類賴以生存的重要資源，尤其是近些年水質量的惡化，使得人們越來越重視到水資源質量的重要性。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格低廉。其主要的原理為，氣凝膠具有多孔性的特點，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。當多孔性的聚合物的表面和溶液進行接觸時，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動的作用下，會進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用前景。

參考文獻：

[1]郭海濤.導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，2016.