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            [行業資訊]氣凝膠發展歷史-氣凝膠品牌為你呈現

            时间:2020-09-25     作者:氣凝膠,氣凝膠氈價格,環保氣凝膠氈廠家【转载】   来自:中國氣凝膠品牌公眾號

            氣凝膠發展歷史


            • 1931年,美國加州太平洋大學(College of the Pacific)Steven.S. Kistler首次通過乙醇超臨界干燥制備出二氧化硅氣凝膠。

            • 20世紀30~40年代。美國Monsanto公司生產氣凝膠產品用來作化妝品及牙膏中的添加劑或觸變劑。

            • 20世紀70~80年代,法國 Teichner的研究組開創高品質氣凝膠快速制備方法,之后歐洲的法國、瑞典、德國等掀起了氣凝膠研發的高潮,氣凝膠被用于儲存火箭燃料、切侖科夫(Cherenkov)探測器。

            • 20世紀90年代,美國的噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)制備的氣凝膠應用于密度的氣凝膠被用來收集高速的宇宙塵埃樣品(Tsou, 1995) 和航天飛機隔熱,氣凝膠作為超級隔熱材料受到重視,研發重心轉移到美國。

            • 1999年美國Aspen Systems公司承接美國宇航局的課題制備出纖維復合的氣凝膠超級絕熱材料,2001年成立了Aspen Aerogel公司進行氣凝膠的商業化運作,開啟氣凝膠作為超級絕熱材料產業化熱潮。

            • 2004年國內出現從事氣凝膠材料產業化的企業,2014年浙江圣諾節能技術有限公司成立,推出了當前最先進的氣凝膠技術和產品。


            世界上第一個氣凝膠產品是1931年制備出的。當時,美國加州太平洋大學(College of the Pacific)Steven.S. Kistler提出要證明一種具有相同尺寸的連續網絡結構的固體“凝膠”,其形狀與濕凝膠一致。證明這種設想的簡單方法,是從濕凝膠中驅除液體而不破壞固體形狀。如按照通常的技術路線,很難做到這一點。如果只是簡單地讓濕凝膠干燥,凝膠將會收縮,常常是原來的形狀破壞,破裂成小碎片。也就是說,這種收縮經常是伴隨著凝膠的嚴重破裂。Kistler推測:凝膠的固體構成是多微孔的,液體蒸發時的液一氣界面存在較大的表面張力,該表面張力使孔道坍塌。此后,Kistler發現了氣凝膠制備的關鍵技術(Kistler, 1932)。

            Kistler研究的第一個凝膠是通過硅酸鈉的酸性溶液濃縮制備的SiOZ凝膠。然而,他試圖通過把凝膠中的水轉變成超臨界流體的方式來制備氣凝膠卻沒有成功。Kistler再嘗試首先用水充分洗滌二氧化硅凝膠(從凝膠中去掉鹽),然后用乙醇交換水,通過把乙醇變成超臨界流體并使它跑掉,第一個真正的氣凝膠形成了。Kistler的氣凝膠與現在制備的二氧化硅氣凝膠類似,是具有相當大的理論研究價值的透明、低密度、多孔材料。在之后的幾年時間里,Kistler詳盡地表征了他的二氧化硅氣凝膠的特性,并制備了許多有研究價值的其它物質的氣凝膠材料,包括:A1203 , W03 , Fe203 , Sn02、酒石酸鎳、纖維素、纖維素硝酸鹽、明膠、瓊脂、蛋白、橡膠等氣凝膠。

            后來,Kistler離開了太平洋大學,到Monsanto公司供職。Monsanto公司很快就開始生產商品化的氣凝膠產品,Monsanto公司的產品是粒狀的Si02材料,雖然其生產工藝無人知曉,但人們推斷應當是Kistler的方法。Monsanto公司的氣凝膠當時是被用來作化妝品及牙膏中的添加劑或觸變劑。在以后的近30年中,有關氣凝膠的研究幾乎沒有什么進展。直到20世紀60年代,隨著價格便宜的“煙霧狀的(fumed)Si02的研制開發,氣凝膠的市場開始萎縮,Monsant。公司停止了氣凝膠的生產。

            從此,氣凝膠在很大程度上被人淡忘了。直到20世紀70年代后期,法國政府向Claud Bernard大學的Teichner教授尋求一種能儲存氧氣及火箭燃料的多孔材料。之后所發生的事情,在從事氣凝膠研究的人員中有一種傳說。Teichner讓他的一個研究生來制備氣凝膠并研究其應用,然而,使用Kistler的方法,包括兩個耗時、費力的溶劑萃取步驟,他們的第一個氣凝膠花了數周時間才制備出來。然后,Teichner告訴這個學生,要完成他的學位論文,將需要大量的氣凝膠樣品;該學生意識到,如按照Kistler的方法制備,這要花許多年才能完成,他精神崩潰地離開了Teichner的實驗室;經過一段短暫地休息、思考,他又回到了實驗室,有一種強烈的動機,激發他去尋找一種更好的Si02氣凝膠的合成工藝。經過不懈地努力探索,該學生成功地應用溶膠一凝膠化學法制備出Si02氣凝膠,這使氣凝膠科學研究前進了一大步。這種方法用正硅酸甲酷(TMOS)代替Kistler所使用的硅酸鈉,在甲醇溶液中通過TMOS水解一步產生凝膠(稱為“醇凝膠”),這消除了Kistler方法中的兩個缺點,即醇水替換步驟及凝膠中存在無機鹽,在超臨界甲醇條件下干燥這些醇凝膠,就制備出高質量的Si02氣凝膠。后來,Teichner的研究組及其他人使這種方法擴展,制備了多種金屬氧化物氣凝膠產品。

            這項發現之后,隨著加入到這個領域的研究人員的增加,氣凝膠科學技術有了快速發展。

            (1) 20世紀80年代初期,粒子物理學家認識到SiO2氣凝膠將是制造切侖科夫(Cherenkov)探測器的理想介質材料,試驗需要大量的透明SiO2氣凝膠。他們使用TMOS方法,制造了兩個大探測器:一個是在德國漢堡的DESY (Deutsches Elektronen Synchrotron)實驗室的TASSO探測器,使用了1700SiO2氣凝膠;另一個是歐洲粒子物理研究所(CERN)制造的探測器,使用了由瑞典蘭德大學(University of Lund)制備的1000Si02氣凝膠。

            (2)使用TMOS方法,制備Si02氣凝膠塊狀材料的第一個試驗工廠(中試廠)是由蘭德大學的研究人員在瑞典的斯喬波(S jobo)建立的。工廠使用了3000升的高壓反應釜,以滿足使用超臨界甲醇(2400C } 80個大氣壓)所需的高溫高壓?墒,在1984年高壓釜在生產過程中發生泄漏,廠房內很快充滿了甲醇蒸氣,隨之發生了爆炸。幸運的是,在這次事故中未造成人員傷亡,但設備完全報廢了。后來,工廠重建,繼續使用TMOS方法生產SiO2氣凝膠,F在,這家工廠由Airglass公司管理。

            (3) 1983年,伯克利實驗室((Berkeley Lab)的微結構材料研究組(Microstructured Materials Group)發現毒性非常大的化合物TMOS可用正硅酸乙脂(TEOS)替代,TEOS是比較安全的試劑,使用TEOS不降低氣凝膠產品的質量。

            (4)微結構材料研究組(Microstructured Materials Group)也發現,在進行超臨界干燥之前,凝膠中的乙醇能用液態CO2替換,而不會對氣凝膠產生不良影響。在安全性方面,這又是一個極大的進步,因為在CO2的臨界點(31.0 C , 7.3MPa)的操作條件要比甲醇的臨界點(239.40C } 8.09MPa)的操作容易控制。此外,C02沒有爆炸的危險。這種技術被用于由TEOS制備透明的SiO2氣凝膠材料。德國BASF公司同時發明了由硅酸鈉制備SiO2氣凝膠小珠的CO2取代方法,這種材料直到1996年才開始投產,商品名為“BASOGEL"。

            (5) 1985年,德國維爾茲堡大學物理所的Jochen Fricke教授在維爾茲堡組織了首屆“氣凝膠國際研討會”(International Symposium on Aerogels,簡稱ISA)在這次會議上收到了世界各地的研究人員提交的25篇論文。隨后,ISA分別于1988年在法國的蒙彼利埃、1991年在德國的維爾茲堡、1994年在美國的伯克利舉行。其中參加1994年的第四屆ISA會議的人員有151名,10個特約報告,51篇投稿,35篇展報。第五、六界ISA會議分別于1997年和2000年在法國的蒙彼利埃及美國新墨西哥州的阿爾伯克基市(Albuquerque)舉行。

            (6) 20世紀80年代后期,由Larry Hrubesh領導的LLNL實驗室(Lawrence Livermore National Laborato動研究人員制備出世界上密度最小的CO2氣凝膠(并且是密度最小的固體材料),氣凝膠的密度為0.003g/cm3,僅是空氣密度的3倍。

            (7)美國的噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)制備的氣凝膠已經在航天飛機宇宙飛行中執行了幾次特別任務,這些低密度的氣凝膠被用來收集高速的宇宙塵埃樣品(Tsou, 1995) , 和航天飛機隔熱,氣凝膠作為超級隔熱材料受到重視,研發重心轉移到美國。

            8)1999年美國Aspen Systems公司承接美國宇航局的課題制備出纖維復合的氣凝膠超級絕熱材料,2001年成立了Aspen Aerogel公司進行氣凝膠的商業化運作,開啟氣凝膠作為超級絕熱材料產業化熱潮。

            92004年國內第一家從事氣凝膠材料產業化的公司納諾高科成立,2014年浙江圣諾節能技術有限公司成立,推出了當前最先進的氣凝膠技術和產品。


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