最新综述:气凝胶产品的现状及未来

  气凝胶作为最轻的固体材料,具有极高的空隙率和比表面积,已开始在越来越多的领域得到应用。目前,商业化的气凝胶产品主要用于隔热领域,产品以硅气凝胶为主,在催化、电化学等其他领域的商业应用亟待开发。

 

  德国Hamburg University of TechnologyIrina SmirnovaPavel GurikovThe Journal of Supercritical Fluids上发表了题为“Aerogel production: current status, research direction, and future opportunities”的文章,从大规模商业应用的角度对气凝胶产品的现状、已有研究领域及未来发展方向进行了综述,尝试分析极具潜力的气凝胶应用领域,从而为学术研究方向的确定提供参考。

 

  产品现状部分,文章介绍了商业化气凝胶的几种主要形式,包括单体、粉体、颗粒、气凝胶毡等;列表给出了世界范围内主要的商业化气凝胶生产公司;介绍了目前气凝胶产品的生产流程,指出与实验室合成气凝胶不同,目前工业生产的气凝胶均未经历溶剂置换步骤,大规模的溶剂置换工艺开发仍待解决;对气凝胶的三种干燥方式(常压干燥、冷冻干燥、超临界干燥)进行了对比介绍;最后列表给出了目前气凝胶产品的主要应用领域。


  气凝胶主要应用领域  


  基于目前商业产品主要为无机气凝胶,作者认为,有机气凝胶的规模化生产和商业应用具有巨大的市场前景。有机气凝胶由于具有良好的机械弹性、生物相容性、生物可降解性、多种功能团等,在生命科学等领域有着广阔的应用前景。目前有机气凝胶的实验室研究已经较为成熟,要生产具有一定市场竞争力的有机气凝胶产品,要解决的问题主要集中在生产工艺的大规划化和原材料获取两个方面,需进一步开展以下方面的研究

  l   从易得性、环保性、生命周期、可循环利用等几个方面对气凝胶生产原材料进行多样化评估。

  l   加深对杂化气凝胶材料的理解:包括结构-性能之间关系,以及个体聚合物性能对最终杂化材料整体的影响。

  l   实现对有机气凝胶的规模化生产,包括实现规模化的溶剂置换过程。

  l   建立/扩大规模尺寸可控、孔隙率可控的有机/杂化气凝胶颗粒或纤维的生产装置。

  l   由于目前生产中大多数操作依据经验展开,为进一步优化或扩大生产流程,应对溶胶形成、溶剂置换、胶体膨胀收缩、干燥等多个生产环节开展多尺度的流程模拟。

  l   目前气凝胶产品生产仍是分批进行,实现连续化生产是下一步发展方向。

  l   为促进不同来源气凝胶产品之间的对比,需建立气凝胶材料性能评价标准(包括如何测量孔的大小、不规则形状样品或粉末的密度、导热系数、机械性质等),这需要各个研究机构之间进一步合作。

 

  作者坚信气凝胶产业会在接下来的几年继续保持高速发展的关键在于,要加强原料及生产过程的控制,进一步降低气凝胶产品价格,并促进学术研究和工业应用相结合。此时,新型气凝胶的开发应以应用为导向,从一开始就了解目标产品的优缺点。通过学术机构和工业公司之间的密切合作推动气凝胶产业的发展。作者认为以下几个研究方向是急需并且最有前途的。

  1)   聚合物气凝胶

  2)   杂化气凝胶

  3)   导电气凝胶

  4)   气凝胶生产流程优化

  5)   气凝胶生产原型机的制造

 

  总之,加强开展以应用为导向的气凝胶相关研究,加强气凝胶生产流程优化,推动气凝胶材料在生命科学、环境、电化学等多个领域的应用,推动气凝胶产品的快速发展。

 

  原文链接:https://doi.org/10.1016/j.supflu.2017.12.037

 

(本文由方丹翻译编辑,如有建议请与dfang2018@sinano.ac.cn联系)


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