极大提高构筑物耐候和节能性能
17.06.2015 18:09
本文来源: 同济大学
气凝胶被称为“可以改变世界的新材料”。神奇在何处？它的孔隙率可高达99%以上，孔径1-50纳米，比表面积（指单位质量物料所具有的总面积，一般而言比表面积大、活性大的多孔物，其吸附能力强）可高达1000m2/g以上的纳米多孔材料，是目前世界上密度最低、折射率最小、热导率最低、声传播速度最小的固体材料，在绝热、吸附、催化、储能等领域应用广泛。
沈军教授课题组从1992年开始就针对气凝胶开展全面研究与应用工作。“针对气凝胶力学性能、耐候性以及成本等问题，我们开展气凝胶材料的复合改性、气凝胶增强技术、材料稳定性和灵敏性、气凝胶的低成本生产与应用等研究研发。”沈军介绍，比如气凝胶的性能优越，但强度不够，怎么办？课题组通过添加活性有机试剂，调控其微观结构，使微缺陷和微裂纹减少，从而提高其骨架强度；同时，通过微米级纤维、粉末、水泥等物质与气凝胶复合，提高复合气凝胶的整体强度；对复合质进行表面处理还将使复合质与气凝胶之间形成键合，使应力均匀化，降低复合材料的脆性；优化合成参数，设计兼具较佳力学性能和热学性能的气凝胶材料。
课题组以气凝胶研究为核心内容，先后获得包括国家科技支撑计划项目“新型保温阻燃建筑材料成套技术研发与应用示范”课题之一“气凝胶基高效节能建筑采光外保温材料”在内的一系列课题，研究将纳米多孔二氧化硅气凝胶材料与玻璃、陶瓷等无机纤维相复合，最终形成具有优良保温隔热性能，防火阻燃，且机械性能、耐候性等优良的新型高效建筑保温材料，广泛应用于各类新型绿色节能建筑；通过三氧化钨气凝胶多孔结构控制新工艺和氢原子与多孔材料相互作用的系统研究，获得以溶胶-凝胶法低成本制备高质量气致变色膜层的生产技术，研制出致色响应快、对比度高、致色均匀、稳定性好的的高性能气致变色膜层原型器件；将性能优异的轻质高效保温材料二氧化硅气凝胶作为夹心填充材料应用于玻璃类采光材料中，使其具有高透光性、高隔热性，用做大型文体场馆、宾馆、写字楼、公共建筑等的顶棚及其它采光部位材料。
“研究成果主要集中在外墙保温、内墙隔热和采光节能上。”沈军说，建筑外墙用了这种材料，其疏水性能大大提高；得益于透光率的大幅提高，建筑窗户的采光作用大大增强，建筑节能效果可提升近四成。据了解，研究团队目前已累计发表学术论文400余篇，在SCI、EI数据库中，以气凝胶为主题收录的论文数量作者排行榜中，沈军教授均排名第一；课题组还获得省部级科技奖励10次，申请国家发明专利40余项。
研究成果必须转化为社会效益，课题组在深入探索的同时，就将产学研牢牢绑定。沈军团队自己动手设计设备，采用廉价原料与优化工艺来降低成本，并通过微纳复合技术获得材料，实现应用示范。“我们选用合适的玻璃纤维和陶瓷纤维，配以其它无机粘结剂，在气凝胶材料形成的合适阶段进行复合，形成具有韧性和弹性的刚性气凝胶复合保温板，柔性的气凝胶复合保温毡、毯等多形态、多规格的外墙保温材料。最后，通过与其它常规材料的复合，获得可施工的气凝胶基外保温样品与应用成套技术，进行规模化的应用示范。”沈军介绍，采光材料我们利用不同源材料，通过溶胶-凝胶工艺进行纳米结构的控制，降低其生产成本。进一步实现气凝胶材料光、热和声特性的优化，并将其与玻璃纤维、陶瓷纤维等有效复合，解决气凝胶纳米结构的控制与透光率提高问题，实现热导率与透光率的优化。课题组还结合施工与应用需求，获得采光材料的建筑应用成套技术。
“这些技术如今分别在纳诺科技有限公司、上海英硕聚合材料股份有限公司实现产业化生产。”沈军说，纳诺科技的气凝胶生产线年产气凝胶保温毡200万平方米，产品已在上海金山新城君逸国际公馆，中原油田、克拉玛依油田的输油、蒸汽管道上得到示范应用，效果良好。
本文来源: 同济大学
17.06.2015 18:09