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纳米结构材料气凝胶在建筑领域的应用

气凝胶是一种由纳米量级粒子聚集并以空气为分散介质的新型非晶固态材料。与采用溶剂为分散介质的湿凝胶不同的是，气凝胶是一种以空气取代原有骨架中的溶剂而制得的轻质纳米级多孔材料，它不同于常规溶胶-凝胶法得到的干凝胶，因其半透明的色彩和超轻重量，气凝胶有时也被称为固态烟或冻烟。由于气凝胶的纳米孔超级绝热性能，在建筑节能领域有着广泛和***潜力的应用价值。但应用在建筑领域，其合成应用成本过高，只有降低这些超级材料的生产成本，才能使得这种新型功能材料得到广泛的应用。

SiO2气凝胶材料

气凝胶这种多孔轻质材料，早在70年前就已经被发现，1931年美国加州太平洋大学的Kistler S.采用了超临界干燥的方法从水凝胶中去除水分，得到了份没有收缩的气凝胶材料，在这么多年的发展和演化过程中，气凝材料的许多潜在的优良性能都已被开发出来了，现在我们所说的SiO2气凝胶是一种由纳米SiO2骨架组成的半透明材料，它的孔隙率高达99%，密度为0.05～0.2g/cm3，凝胶尺寸小于50nm ，孔直径小于分子的平均自由程，热导率常温下为0.03～0.05W/m·K。

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气凝胶隔热原理

因为固体导热能力的大小，从隔热材料的角度来说，仅跟材料本身固有的导热系数以及材料的密度有关。所以我们从降低密度方面入手，研制的AG-D纳米气凝胶材料的密度极低，孔隙率占到了整体积的90%以上，进而显著降低了固体热传导。

然而，因为大部分隔热材料均含有大量的孔隙，因此孔隙内部所含气体的对流导热，成为一个关键导热途径。经过特殊工艺制得的AG-D气凝胶材料，其中孔隙的平均直径仅为20纳米，约为头发直径的千分之一，而空气分子的平均自由程为70纳米左右。在如此之小的空隙中，空气几乎无法流动，从而***了空气的对流导热。

此外，由于大量纳米级微小孔洞的存在，本材料几乎具有多的孔壁，而这些孔壁均可视为辐射的反射面和折射面。一毫米厚度的本材料就含有上万层的反射面和折射面，很好地阻隔了辐射导热。

气凝胶隔热保温涂料在建筑外墙中的保温作用

建筑围护结构中，墙体所占面积***大，在建筑能耗中约占30%左右，气凝胶隔热保温涂料厂家说到所以做好外墙的保温隔热是建筑节能中的重中之重。外墙的保温隔热可分为: 外墙外保温和外墙内保温。外保温材料主要采用挤塑聚苯板和EPS保温板等，这些材料作为外墙保温材料，施工上也较繁琐，从结构层→粘接层→找平层 →抹光层→保温层→保护层，施工工序较多，虽然保温性能较好但，一旦出现火灾，燃烧还会产生***的烟雾，对建筑物和***都会造成较大的影响。从节能和环保的角度出发，在建筑外墙外保温上采用SiO2气凝胶隔热涂料，不仅具有很好的保温隔热性能，且耐高温，能够有效削弱太阳辐射对建筑物内部温度的影响；而且施工方便，直接涂刷在墙体上，减少很多的施工工序。Ibrahim M曾将其应用到墙体上，并与其他材料作对比，为 SiO2气凝胶隔热保温涂料的应用提供参考。在外墙内保温上采用现在市场 上已经规模化生产的 SiO2 气凝胶绝热板，其导热系数基本在0．020 W/( m2·K)，具有良好的保温隔热性能，且能耐400 ℃以上高温，不仅可以有效阻止室内热量向室外扩散，起到保温的作用，而且还具有阻燃的效果。