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这个人,29年前就开始研究气凝胶


来源:中国粉体网   漫道

[导读]  我国有人早在1991年就开始了对气凝胶的研究,这个人就是同济大学教授——沈军。

我国有人早在1991年就开始了对气凝胶的研究,这个人就是同济大学教授——沈军


个人简介

 


沈军教授在做演讲

 

沈军,男,同济大学教授。1967年出生,1995年于同济大学物理系获博士学位,2000年晋升教授。2002年获博士生导师。

 

现任同济大学波耳固体物理研究所副所长、同济大学纳米材料与技术研究中心主任、近代物理实验室主任。国际著名学术期刊Journal of Non-Crystalline Solids和国内核心期刊《强激光与粒子束》,《化工冶金》审稿人。

 

主要研究方向为溶胶-凝胶法制备纳米非晶多孔固态材料和薄膜材料,主要进行纳米材料中有关光学、热学、电学问题的探索。涉及一步法制备SiO2气凝胶、二步法制备超低密度SiO2气凝胶、纳米复合光学薄膜的制备、SiO2-GeO2二元气凝胶的合成、有机气凝胶制备与碳气凝胶电输送、掺杂气凝胶的发光特性与热输运特性研究等。

 

气凝胶是什么?



如果做到极致,气凝胶这种固体甚至能飘在空气中;正面经受1000多摄氏度的火焰喷射,背面依然可以用手摸……这就是神奇的气凝胶。气凝胶也称空气胶、固态烟雾或是蓝烟,是一种纳米级别的多孔超级隔热材料。

 

通俗来讲,气凝胶是一种物质形态。2014年世界材料大会提出,这种形态由90%以上的空气和不足10%的固体构成。它可以承受相当于自身质量几千倍的压力,在温度达到1200摄氏度时才会熔化。此外它的导热性和折射率也很低,绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。

 

由于具备这些特性,气凝胶便成为航天探测中不可替代的材料,俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路者”探测器都用它来进行绝缘。

 

除航天外,气凝胶还可广泛应用于军工、石化、电力、冶金、建筑、服装等众多领域,是传统保温材料的革命性替代产品。

 

沈军与气凝胶

 

由德国资助成立的同济大学波耳固体物理研究所副所长沈军是国内最早研究气凝胶的学者之一。

 



“做豆腐的程序大家都熟悉,我们首先要用原料做成豆浆,然后凝固变成豆腐,如果将豆腐里面的水分挤出去就是豆干,变成豆干后体积大幅减小,气凝胶的制备类似于要将豆腐里的水分挤出去,但体积又不能缩小,要补充气体进去,所以比较难。”沈军在一次与科技日报记者的采访中说。

 

沈军介绍说,1931年,美国斯坦福大学Kistler通过水解水玻璃首次制备得到气凝胶。但由于工艺复杂及成本太高,气凝胶在问世后并没有引起足够重视。

 

上世纪80年代,欧洲的一些物理学家开始注意到这种新材料并开始研究。1985年,德国维尔茨堡大学物理所组织召开首届“气凝胶国际研讨会”。到上世纪90年代初,美国人又重新进入气凝胶的研究。

 

1993年,气凝胶被应用到宇航服、太空飞船、航天飞机等。

 

由德国资助成立的同济大学波尔固体物理研究所早在1991年就将气凝胶确定为研究方向之一。由于与德国关系紧密,该实验室得以迅速获得气凝胶制备技术。“我们在短时间内迅速达到了国际先进水平。”沈军说。

 

近几年,由于能源需求紧张、全球生态环境恶化等原因,学界和业界又开始攻关气凝胶的产业化。

 

“直到2013年左右,这个产业才算发展起来,目前比较领先的是美国和中国。”沈军说。美国气凝胶主要应用于航天、石油化工等领域,同时逐步进入消费品市场。我国的气凝胶现在主要用于高铁、油田等行业。

 

一些气凝胶的技术成果

 

早在2016年,中国航天科工三院306所就与华星美科新材料科技(江苏)有限公司就有过合作,组建成立了气凝胶技术国际研发中心,力图打造国际先进、国内领先水平的气凝胶技术研发基地,开展气凝胶民用衍生品的应用开发,以市场化方式和国际化视野搭建“政—产—研—用”的专业交流平台,加快了气凝胶产业化发展进程。

 

而就在2019年的12月25日,同济大学通过采用预冷冻技术结合碳化工艺,制备了集大孔、介孔和微孔结构于一体的超黑碳气凝胶,提高了光热转化效率。该材料通过水蒸发的方式,可以进行海水淡化、硬水软化和污水处理,且处理后的水质能够达到世卫组织和卫生部关于饮用水的标准。

 

该论文的第一作者是博士生汪宏强,通讯作者为杜艾副教授,课题组周斌、张志华、沈军、张晨、姬秀洁等师生也参与了该工作。

 

注:图片来源于网络,存在侵权告知删除!

参考来源

同济大学官网、宁波材料技术与工程研究所、中国能源网、科学网、中国粉体网、百度百科

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