新型氣凝膠材料可用於隔熱防火

記者從中國科學技術大學獲悉，該校俞書宏教授課題組以殼聚糖作三維軟模板，發展了一種製備酚醛樹脂與二氧化硅複合材料的新方法，成功研製了具有雙網路結構的酚醛樹脂/二氧化硅複合氣凝膠材料。該材料具有輕質多孔、隔熱防火和耐火焰侵蝕的特點。研究論文3月12日發表在《應用化學》上。

工業建築和維持室內舒適溫度所消耗的能量佔到世界每年總能耗的30%以上，隔熱材料的使用可以提高建築物的能量利用率和降低能耗。然而，傳統的有機隔熱材料普遍易燃，有機阻燃劑的使用則會對環境和人類健康造成危害，而無機隔熱材料的熱導率普遍偏高。目前市場上使用的有機無機複合隔熱材料雖然阻燃性有所提高，但仍難耐受長時間的火焰侵蝕，因為單分散狀態的無機組分會隨著聚合物基體的燃燒而逐漸脫落，從而失去保護作用。

科研人員研製了一種雙網路結構的複合氣凝膠，具有樹枝狀的微觀多孔結構，纖維的尺寸在20 納米以內，且兩種組分各自都成連續的網路，實現了有機、無機組分在納米尺度上的均勻分散。研究人員通過調控硅源的添加量，即可調控複合氣凝膠的密度、無機含量、力學強度等物理參數，從而增強其結構的機械穩定性。這種複合氣凝膠可以承受60%的壓縮而不破裂，具有良好的機械強度和可加工性；該氣凝膠的兩組分間具有很強的相互作用，協同其多孔性，從而產生了很好的保溫隔熱效果，不僅優於傳統商用的發泡聚苯乙烯、礦物棉等工業材料，而且在低溫和低濕度的環境下也能維持很好的隔熱效果。

此外，這種獨特的雙網路結構還賦予了氣凝膠優異的防火阻燃和耐火焰侵蝕的性能。研究人員用丙烷丁烷噴燈火焰（13000C）和酒精燈火焰（500~6000C）來檢測氣凝膠的防火性，並用紅外熱成像儀記錄樣品背面的溫度變化。經過30分鐘的測試，噴燈火焰下樣品背面溫度穩定在3000C左右，酒精燈火焰下樣品背面溫度穩定在1500C左右，而且隨著有機組分的燃燒，二氧化硅網路暴露出來並附著在氣凝膠表面而不會脫落，繼續發揮隔絕熱量的作用。

研究表明，鋼筋混凝土結構在受熱3500C以上強度會迅速下降，從而引起坍塌。而使用這種新型材料可以避免火災時建築物承力結構的失效，為人員撤離爭取寶貴時間。

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