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1最理想的新型节能和环保材料——气凝胶2能源2000年（世界，%）2008年（世界，%）石油(百万吨）223.6(6.3%)375.7（9.6%)煤炭（同等于百万吨石油)667.4(28.5%)1406.3(42.6%）二氧化碳排放量（百万吨）6017.7（2006）9000（2020）超过美国能源和环保的需要气凝胶3什么是气凝胶？SamuelStephensKistler1931年发明最轻的固体：0.03kg/m3孔径率最高的纳米孔材料：90%～99.8%拥有最大比表面积：200-1000m2/g热导率最低的固体材料：TC=12mW/mK隔热，透明，憎水，防震，隔音化学性能稳定：等同于玻璃（SiO2)改变世界的绿色材料气凝胶隔热材料的优势面对能源短缺问题，建设节约型社会，减少热损失和能源浪费、提高热能利用效率具有重要意义，这势必需要大力发展隔热保温材料，广泛采用新型优质隔热保温材料，对我国国防、经济建设的健康、稳定发展具有重要的现实意义。4气凝胶隔热材料的优势－续SiO2气凝胶是一种新型轻质纳米多孔材料，具有低密度、高孔隙率、低热导率和低折射率，是一种新型高效隔热保温材料。纳米多孔SiO2气凝胶以其独特的结构可有效的阻止热量的传输的，常温常压下热导率小于0.013W/m×K，比静止空气的热导率（0.026w/k·m）还低，是目前热导率最低的固体材料，可称为超级绝热材料.SiO2可在高温下稳定工作，最高使用温度可达1400℃，高温下不分解，无有害气体放出，属于绿色环保型材料5气凝胶隔热材料的优势－续纳米多孔SiO2气凝胶还具有极高的孔隙率、极低的密度、极低的声传播速度、极低的介电常数、极高的比表面积、透明等优异性能，在热学、光学、声学、微电子、石油化工、航空航天、节能建筑等领域具有十分广阔的应用前景。67气凝胶实例8气凝胶复合材料柔软绝热9气凝胶的结构特点纳米孔径的多孔材料•高达99.5%的成分是空气•空气被困于纳米级孔穴中•被困空气的对流传导远低于自由空气•理想的绝热绝声材料•高达99.5%的孔径率•导致高达1000平方米/克的比表面积•理想的载体和高効吸附剂10气凝胶性能展示气凝胶块状体11柔软型气凝胶复合体12气凝胶材料的生产工艺气凝胶材料反应物PrecursorH2OSolventCatalyst干燥水解成型部分原料循环使用，反应工程无环境影响13气凝胶的应用领域其他民用领域化工工业建筑工业石油工业运输工业原油泄漏航空航天国防14气凝胶与其它隔热材料的对比隔热材料热阻系数R（m2k/W)玻璃纤维0.44Perliteloose-fill0.48Cardboard0.52纤维素0.52Moldedexpandedpolystryrene(EPS)0.65~0.70Extrudedexpandedpolystryrene(XPS)0.63~0.88Open-cellpolyurethanesprayfoam0.63Close-cellpolyurethanesprayfoam0.97Polyurethanerigidpanel1.10Polyisocyanuatesprayfoam0.76Foil-facedPolyisocyanuaterigidpanel0.97~1.20气凝胶1.7615民用冰箱在美国每年有3亿平方英尺的绝热材料用于冰箱消耗20%民有电量主要绝热材料为polyureanefoam（R=0.63～0.97）,有害环境（产生温室効应，破坏臭氧层，然烧产生有毒物质）使用气凝胶（R=1.76）可以提高绝热效果，节约能源，保护环境。原油传输气凝胶已经应用于加拿大油田20mm气凝胶等同于102mmpolyurethane降低资料运输成本提高绝热效应气凝胶的市场个例气凝胶polyureanefoam16楼房建筑DaylightwindowBasementWallshielding环境淨化气凝胶的市场个例-续工业领域的应用在石化行业、化工行业和冶金行业中，管道、炉窑及其它热工设备普遍存在，用SiO2气凝胶及其复合材料替代传统的保温材料对它们进行保温，可以大大减少热能损失，提高热能利用率,还可以用作液态天然气罐和储油罐等,以及汽车，轮船，飞机等发动机，排气管的隔热17深海石油勘探的保温与隔热18输油管道的截面比较19液化气的生产，储存，运输及分销示意图20石油的生产，运输及分销所需隔热材料的比较21气凝胶隔热材料在石化企业的应用22气凝胶复合材料应用在石油冶炼，储存和管道输送上安装示意图24123456气凝胶复合材料应用在暖气管道上的效果图125一层6mm厚的气凝胶复合材料可使热水管的温度从86度降到30度气凝胶复合材料在地下管道上的应用气凝胶复合材料可很容易地包裹在汽车的发动机上气凝胶复合材料包裹在轮船的发动机和排气管上气凝胶复合材料应用在高速列车上气凝胶复合材料包裹在储油罐上民用领域的应用具有高度透光率并能有效阻止高温热辐射的SiO2气凝胶可以用作太阳能集热器及其它集热装置的保温隔热材料，大大提高其实用性。用热导率极低的掺杂SiO2气凝胶取代聚氨酯泡沫作为冰箱的隔热材料.还可以用作楼房建筑的保温，隔音等,32气凝胶复合材料可很容易地铺在地板上气凝胶复合材料可很容易地将整个外墙包起来气凝胶复合材料可很容易地安装在内墙上房屋隔热效果对比36太阳能收集板上的应用37具有高度透光率及低热导率的气凝胶对入射光几乎没有反射损失，能有效的透过太阳光，因此气凝胶特别适合于用作太阳能集热器及其它集热装置的保温隔热材料，当太阳光透过气凝胶进入集热器内部，内部系统将太阳光的光能转化为热能，气凝胶又能有效阻止热量流失。国外研究现状目前国际上关于气凝胶材料的研究工作主要集中在德国的维尔茨堡大学、BASF公司、美国的劳伦兹·利物莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室，法国的蒙彼利埃材料研究中心，日本高能物理国家实验室，美国阿斯潘公司，美国宇航局等。38国内研究现状国内同济大学侧重于气凝胶基础研究，所制备的气凝胶隔热材料力学强度较小，成形性较差，只有少量的实际应用。北京科技大学利用硅酸钙石二次粒子与气凝胶复合制备隔热复合材料，仍处于实验室阶段，无工程应用。纳诺高科为代表的国内从事气凝胶隔热材料研究、生产的企业起步较晚，技术力量薄弱，并且无应用实例。39国内研究现状续据说广东英德埃力生集团与国防科技大学合作，目前产品已进入市场，价格为240-360元/平方米(产量低，成本高，估计为中试产品).40中试预算超临界流体萃取装置／60L溶胶装置凝胶模具常压脱水系统CO2储存罐原料总投资约150万元41规模化生产预算超临界流体萃取装置／1000L溶胶装置凝胶模具常压脱水系统CO2储存罐原料总投资约800万元42成本核算一条1000升的生产线，保守估计每年可得到15万平方米的二氧化硅气凝胶复合材料如果设备，厂房按十年折旧，加上原料费,人员工资等,则直接成本约为35元/平方米。目前国外的价格为20-30美元/平方米广东英德埃力生集团的价格为240-360元/平方米43时效分析设备安装，调试正常后，一个月内可生产出中试产品；设备安装，调试正常后，一个月内可生产出工业化产品。44