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炭气凝胶隔热材料研究进展

材料工程 2024年第6期52卷 78-91页

作者：门静王鲁凯冯军宗姜勇刚李良军冯坚国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室长沙410073

新型高速航天飞行器的不断发展对耐高温、轻质、高效隔热材料提出了迫切需求,炭气凝胶因其纳米尺度孔隙和颗粒链结构,不仅具有传统气凝胶的低密度、高孔隙率、高比表面积及低热导率等优异的特性,还具有耐超高温(惰性气氛)、高红外比消... 详细信息

新型高速航天飞行器的不断发展对耐高温、轻质、高效隔热材料提出了迫切需求,炭气凝胶因其纳米尺度孔隙和颗粒链结构,不仅具有传统气凝胶的低密度、高孔隙率、高比表面积及低热导率等优异的特性,还具有耐超高温(惰性气氛)、高红外比消光系数等优点,使其在作为隔热材料应用于超高温部位热防护具有显著优势。本文首先基于热传导理论,分别从气凝胶密度和微观结构(孔径、粒径)等方面阐述了炭气凝胶隔热性能的研究现状,然后综述了近年来国内外炭气凝胶隔热材料制备工艺及性能优化的研究进展,主要包括力学性能增强、耐烧蚀/抗氧化、低成本化及超轻超弹四个方面,并对各方面存在的优缺点进行了总结。最后提出低成本、高性能炭气凝胶隔热材料的后续研究方向,并对其在民用及其他特殊领域的发展应用进行展望。

关键词：炭气凝胶隔热材料热导率力学性能抗氧化低成本

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氧化物气凝胶高温红外改性研究

化学进展 2024年第2期36卷 234-243页

作者：黄睿名姜勇刚柳凤琦冯军宗李良军冯坚国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室长沙410073

氧化物气凝胶是一类具有超低热导率的新型纳米多孔材料,在航空航天等高温隔热领域具有广阔的应用前景。然而目前常见的氧化硅、氧化铝等氧化物气凝胶受材料/结构单元固有性质的限制,其通常具有红外透明性,而高温下辐射传热占据主导地位... 详细信息

氧化物气凝胶是一类具有超低热导率的新型纳米多孔材料,在航空航天等高温隔热领域具有广阔的应用前景。然而目前常见的氧化硅、氧化铝等氧化物气凝胶受材料/结构单元固有性质的限制,其通常具有红外透明性,而高温下辐射传热占据主导地位,大量红外辐射会透过气凝胶,热导率急剧攀升,导致其高温隔热性能较差,因此需要对其进行高温红外改性,从而满足更高的隔热性能需求。本文综述了近年来添加遮光剂、纤维及调整气凝胶的结构/形貌在提高氧化物气凝胶高温隔热性能方面的研究进展,并对未来研究方向进行展望。

关键词：氧化物气凝胶红外改性复合材料高温隔热遮光剂纤维

炭气凝胶的溶胶–凝胶合成工艺及其相关结构研究进展

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硅酸盐学报 2024年

作者：门静冯军宗姜勇刚李良军胡艺洁冯坚国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室

具有耐高温和低热导率特性的炭气凝胶是惰性气氛下的理想高温隔热材料。炭气凝胶优异的隔热性能与其特殊的纳米孔隙和骨架结构密不可分，因此，实现纳米结构的可控制备是进一步优化炭气凝胶隔热性能并拓展其实际应用的关键。本文首先基... 详细信息

具有耐高温和低热导率特性的炭气凝胶是惰性气氛下的理想高温隔热材料。炭气凝胶优异的隔热性能与其特殊的纳米孔隙和骨架结构密不可分，因此，实现纳米结构的可控制备是进一步优化炭气凝胶隔热性能并拓展其实际应用的关键。本文首先基于气凝胶热传导理论讨论了气凝胶结构与隔热性能的关系，而后综述了炭气凝胶隔热材料的溶胶–凝胶制备工艺对其结构影响的研究进展，最后，对炭气凝胶隔热材料的制备工艺研究方向进行了适当展望。

关键词：炭气凝胶隔热材料溶胶–凝胶法

基于水性气相二氧化硅浆料制备柔性二氧化硅气凝胶复合毡

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Science China Materials 2024年第4期67卷 1332-1339页

作者：张舜尧王鲁凯冯军宗姜勇刚李良军胡艺洁冯坚 Science and Technology on Advanced Ceramic Fibers and Composites Laboratory College of Aerospace Science and EngineeringNational University of Defense TechnologyChangsha 410073China

二氧化硅气凝胶由于其低导热率在隔热应用方面具有巨大的潜力.然而,它们通常具有较差的机械性能,需要在保持低热导率的同时增强机械性能.本研究以商业化气相二氧化硅和甲基三甲氧基硅烷为硅源,并以水和乙醇为溶剂形成浆料.基于此,二氧... 详细信息

二氧化硅气凝胶由于其低导热率在隔热应用方面具有巨大的潜力.然而,它们通常具有较差的机械性能,需要在保持低热导率的同时增强机械性能.本研究以商业化气相二氧化硅和甲基三甲氧基硅烷为硅源,并以水和乙醇为溶剂形成浆料.基于此,二氧化硅气凝胶块体(SAMs)可通过常压干燥进行制备,且无需额外的表面改性或溶剂置换.制备的SAMs保持了典型的纳米孔结构,具有低密度(0.24 g cm^(-3))、收缩率(4%)和热导率(0.046 W m^(-1)K^(-1)).通过辊压将浆料浸渍到纤维毡中,并通过浆料热固化和常压干燥制备出二氧化硅气凝胶毡(SABs).制备的SABs具有良好的柔韧性和机械性能,便于安装和隔热应用,并显著减少了生产周期和成本.此外,基于SAMs的纳米孔结构和低收缩率,通过调控遮光剂的粒径和质量分数进一步降低了SABs的高温热导率,优化后的SABs在800℃的热导率低至0.054 W m^(-1)K^(-1).

关键词：常压干燥二氧化硅气凝胶气相二氧化硅甲基三甲氧基硅烷浆料制备热导率遮光剂纤维毡

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直写3D打印陶瓷基多孔结构的研究进展

无机材料学报 2023年第10期38卷 1133-1148页

作者：王鲁凯冯军宗姜勇刚李良军冯坚国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室长沙410073

陶瓷基多孔结构既继承致密陶瓷材料耐高温、电绝缘、化学稳定的优异性能,又兼具多孔结构低密度、高比表面积、低热导率的独特优势,已被广泛应用于隔热、骨组织工程、过滤及污染物清除、电子元器件等领域。但是,陶瓷基多孔结构的传统成... 详细信息

陶瓷基多孔结构既继承致密陶瓷材料耐高温、电绝缘、化学稳定的优异性能,又兼具多孔结构低密度、高比表面积、低热导率的独特优势,已被广泛应用于隔热、骨组织工程、过滤及污染物清除、电子元器件等领域。但是,陶瓷基多孔结构的传统成孔方法在宏观尺度创造复杂几何外形与微纳尺度调控孔结构形态方面仍面临巨大挑战。近几十年来,研究人员一直致力于创新陶瓷基多孔结构的加工成型方法,以直写3D打印为代表的增材制造技术成为当前研究的热点,并迅速发展出一系列成熟理论与创新方法。本文首先概述了陶瓷基多孔结构的传统成孔方法与增材制造成孔方法,进一步详细介绍了直写组装成孔工艺过程,主要包括假塑性墨水配方、固化策略、干燥及后处理,分析了传统成孔方法与直写3D打印二者的组合技术在构筑陶瓷基多级孔结构方面的可行性,总结了直写3D打印技术在制造复杂陶瓷基多孔结构领域的新观点、新进展和新发现,最后结合陶瓷基多孔结构实际应用现状对直写3D技术的未来发展与挑战进行了展望。

关键词：增材制造直写3D打印陶瓷多孔材料功能应用综述

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超轻纳米纤维气凝胶的制备及其应用

化学进展 2022年第6期34卷 1384-1401页

作者：柳凤琦姜勇刚彭飞冯军宗李良军冯坚国防科技大学长沙410073

超轻纳米纤维气凝胶是一种以一维纳米纤维为基本构筑单元的新型气凝胶材料,相比于传统气凝胶,其不仅具有更高的孔隙率和更低的密度,还拥有更优异的机械性能和理化性质,因此该材料的先进制备技术和在新兴领域的创新性应用是近年来超轻气... 详细信息

超轻纳米纤维气凝胶是一种以一维纳米纤维为基本构筑单元的新型气凝胶材料,相比于传统气凝胶,其不仅具有更高的孔隙率和更低的密度,还拥有更优异的机械性能和理化性质,因此该材料的先进制备技术和在新兴领域的创新性应用是近年来超轻气凝胶领域的研究热点。本文结合国内外研究现状,按照材料体系分类系统综述了超轻纤维气凝胶的制备方法、结构特点以及在隔热、吸附、电化学、传感和生物医学等领域的重要应用,提出了现阶段该材料面临的一些挑战,并展望了其在未来的发展方向。

关键词：超轻纳米纤维气凝胶冷冻干燥静电纺丝超弹性

酚醛树脂基炭微球结构调控与功能化制备研究进展

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化工学报 2022年第9期73卷 3787-3801,F0002页

作者：邵健冯军宗柳凤琦姜勇刚李良军冯坚国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室湖南长沙410073

炭微球具有化学稳定性好、电导率优良、比表面积大、孔结构丰富等优点,在吸附、催化等领域具有广阔的应用前景,引起了研究人员的广泛关注。酚醛基炭微球以酚醛树脂为前体,经高温炭化制备而成,这种制备方法工艺简单、对设备要求低、产率... 详细信息

炭微球具有化学稳定性好、电导率优良、比表面积大、孔结构丰富等优点,在吸附、催化等领域具有广阔的应用前景,引起了研究人员的广泛关注。酚醛基炭微球以酚醛树脂为前体,经高温炭化制备而成,这种制备方法工艺简单、对设备要求低、产率高,而且通过调整反应物和反应条件可实现对炭微球结构和功能性的精细调控,从而更好地满足实际应用的需求。概述了酚醛基炭微球的最新研究进展,分为小粒径炭微球制备、多孔炭微球制备和功能化炭微球制备三个方面,并介绍了酚醛基炭微球在储能、吸附和电催化领域的应用,最后对其未来发展方向进行了展望。

关键词：纳米材料聚合物微球热解吸附催化燃料电池

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超轻纳米纤维气凝胶的制备及其应用进展

化学进展 2022年

作者：柳凤琦姜勇刚彭飞冯军宗李良军冯坚国防科技大学

超轻纳米纤维气凝胶是一种以一维纳米纤维为基本构筑单元的新型气凝胶材料,相比于传统气凝胶,其不仅具有更高的孔隙率和更低的密度,还拥有更优异的机械性能和理化性质,因此该材料的先进制备技术和在新兴领域的创新性应用是近年来超轻气...

关键词：

纤维增强Si-C-O气凝胶隔热复合材料的制备与表征

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硅酸盐学报 2012年第10期40卷 1473-1477页

作者：赵南冯坚姜勇刚冯军宗西北核技术研究所西安710024 国防科技大学航天与材料工程学院新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室长沙410073

以正硅酸乙酯为原料,通过二甲基二乙氧基硅烷引入碳元素,以乙醇为溶剂,盐酸和氨水为催化剂,莫来石纤维为增强相,采用溶胶–凝胶、超临界干燥和1 200℃高温裂解工艺制备Si-C-O气凝胶隔热复合材料,并对材料的结构和性能进行了分析和表征... 详细信息

以正硅酸乙酯为原料,通过二甲基二乙氧基硅烷引入碳元素,以乙醇为溶剂,盐酸和氨水为催化剂,莫来石纤维为增强相,采用溶胶–凝胶、超临界干燥和1 200℃高温裂解工艺制备Si-C-O气凝胶隔热复合材料,并对材料的结构和性能进行了分析和表征。结果显示:1 200℃裂解得到的Si-C-O气凝胶复合材料为黑色且加工成型性较好,纤维表观体积密度为0.15 g/cm3时,800℃和1 000℃热导率分别为0.031 9 W/(m K)和0.043 0W/(m K)。纤维表观体积密度增大(0.15～0.30 g/cm3),复合材料的拉伸和压缩强度增大,密度为0.25 g/cm3时,抗弯强度最大。1 200℃裂解得到的Si-C-O气凝胶的比表面积为217.7 m2/g,空气中1 000℃煅烧后,比表面积为208.6 m2/g。Si-C-O气凝胶复合材料在1 000℃空气中煅烧后没有出现收缩。

关键词：气凝胶莫来石纤维隔热材料强度热导率