材料与文明结课论文--轻质材料

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1、重庆理工大学材料与文明结课论文院系：XXXXXXXXXXX班级：XXXXXXXXX学号：XXXXXXXXXXX姓名：XXX指导教师：XX标题：轻质材料—“气凝胶”(碳海绵)一、【摘要】1.选题目的目前，全球的石油开采正由路上转到海上，由此引起的一些石油污染将会不断波及人类海上渔业的发展，以及海上石油运输的过程导致的原油泄漏事件不断发生，世界各国都在不断的研发各种预防措施，致使而2013年的材料发展我想浙江大学高分子系高超教授的课题组制备出了一种超轻气凝胶——它刷新了目前世界上最轻材料的纪录，弹性和吸油能力令人惊喜。在新的发展机遇的大好形势下，我国应加快和推进“碳海绵”的产业化进程的速度加快

2、了，也为我国的经济发展做出重大贡献。2.背景介绍碳海绵;这一特性可用来处理海上原油泄漏事件――把碳海绵;撒在海面上，就能把漏油迅速吸进来，因为有弹性，吸进的油又挤出来回收，碳海绵也可以重新使用，另外，碳海绵;还可能成为理想的储能保温材料、催化剂载体及高效复合材料，减少社会风险的重要因素，它们推进人类对于自然的新认识，拓展人类的生存能力与发展空间打造人类对于这个世界新的概念与价值观念。二、【正文】气凝胶的简介：1、定义：石墨烯制造出了气凝胶――碳海绵;。碳海绵;每立方厘米重0.16毫克，比氦气还要轻，约是同体积大小氢气重量的两倍，它的内部有很多孔隙，充满空气。2、碳海绵主要产品及应用：与传统

3、的无机气凝胶(如硅气凝胶)相比，炭气凝胶具有许多优异的性能和更加广阔的应用前景。炭气凝胶具有导电性好、比表面积大、密度变化范围广等特点，是制备双电层电容器理想的电极材料。炭气凝胶是唯一具有导电性的气凝胶，可用于超级电容器的电扳材料。有机气凝胶及炭气凝胶具有生物机体相容性，使得其可用于制造人造生物组织、人造器官及器官组件、医用诊断剂及胃肠外给药体系的药物载体。由于炭气凝胶的组成元素(碳)原子序数低，因而用于Cerenkov探测器时优于硅气凝胶材料。自从80年代末R.W.Pekala首次合成出RF（resorcinolformaldehyde）有机气凝胶并由其炭化得到炭气凝胶以来，这一领域的研

4、究几乎被其所在的美国LawrenceLivermore国家实验室所垄断，直到2013年3月我国才制作出并且打破美国的最轻型材料的记录。碳海绵的性能和研究现状：基础研究方面，气凝胶是研究分形结构动力学的最佳材料。散射实验表明，绝大多数气凝胶材料具有典型的分形结构，它们由尺度为a（约为1nm）的凝胶粒子相互堆积，交联形成无规三维网络状结构，这些网络具有自相似结构，自相似结构持续到尺度ξ（约为100nm），在ξ尺度上，材料可看成是连续且均匀的。在不同的尺度范围内，以ξ和a为界，存在三个色散关系明显不同的激发区域，分别对应声子，分形子和粒子模的激发。要在不同试验上来检测分性子的色散关系以及不同振

5、动区的渡越行为，就需要能够制备一系列分维数D相同而宏观密度ρξ不同的试样，而且其结构又是交互自相似的。由于气凝胶的结构可控性，通过控制凝胶过程中的各种影响因素以及超临界干燥工艺，是可以制备出符合要求的样品系列来的。机械性能方面，气凝胶的杨氏模量Y，压缩强度以及声传播速率C与其宏观密度ρ之间关系都满足标度定律，可分别表示如下：C＝kρn，Y＝kρm，其中标度参量n﹑m均与气凝胶的制备条件密切相关。气凝胶的杨氏模量为106N/m2数量级，比相应玻璃态材料低4个数量级。其纵向声速可达100m/s量级。此外，声传播的另一个奇特的性质氏其弹性常数会随外界压力的增加而减小。气凝胶的声阻抗Z=ρC,可变

6、范围很大，进而可以通过控制ρ的变化来制备成不同声阻抗Z的材料，从而，气凝胶是一种声阻抗耦合材料。热学性能方面，气凝胶具有优异的隔热属性。气凝胶的热传导由气态传导、固态传导和辐射传导组成，由于气凝胶独特的纳米多孔三维网络状结构，使得在常压下材料孔隙内的气体对热传导的贡献极低。即使在抽取完气凝胶内的气体后，低密度，高空隙率的气凝胶限制了局域激发的传播，使得固态传导和辐射传导也降低。气凝胶的固态传导率比相应的玻璃态材料低2-3个数量级。气凝胶的热辐射传输主要由红外吸收决定，这种材料对低温物体的贯穿辐射主要集中在3-5μm范围内。如果在气凝胶制备的溶胶－凝胶过程中中加入例如碳黑，TiO2等遮光剂，

7、则会显著地增加红外湮灭系数，使得在常温常压下，粉末气凝胶和块状气凝胶的热导率都将降低，如果对其进行抽真空处理，则其总热导率将会将至更低的水平，这也是目前粉体和块体材料的最低值。另外无机气凝胶能耐高温，在800℃以下，结构和性能无明显变化，如Al2O3气凝胶则可耐2000℃的高温，在作为高温隔热材料方面，有着无比的优越性。电学性能方面，气凝胶的介电常数ε与质量密度ρ之间有近似的线性关系，如MF气凝胶ε-1＝1.83×10-