第53卷第9期无机盐工业Vol.53 No.92021年9月INORGANIC CHEMICALS INDUSTRYSept.,2021Doi:10.199645.issn.1006-4990.2021-00433综述与专论领开放科学（资源服务）标志识码(0SD)氧化硅气凝胶绝热材料及其建筑减碳应用张广鹏1，吴会军12，刘彦辰12，杨丽修12(1广州大学土木工程学院，建筑节能研究院，广东广州510006：2.广州大学广东省建筑节能与应用技术重点实验室)摘要：无机氧化硅气凝胶因具有超低导热系数、A级不燃，吸湿率低，轻质等特点，在航天航空、工业及建筑领域的节能减碳方面具有广泛的应用潜力。然而氧化硅气凝胶力学性能差、制备成本高等缺点限制了其发展应用。介绍了氧化硅气凝胶绝热材料制备工艺的研究进展，对氧化硅气凝胶在建筑领域的应用形式（如超轻气凝胶泡沫混凝土，超高性能气凝胶保温隔热板，超低传热系数气凝胶节能玻璃等)进行了综述，并对氧化硅气凝胶在建筑节能领域的发展方向进行了展望。响应碳中和发展目标，随着气凝胶制备技术的发展与成本降低，氧化硅气凝胶绝热材料将在建筑墙体保温隔热方面广泛应用，同时对其性能提出了更多功能性要求，对氧化硅气凝胶材料还需开展更系统的基础研究以及工程应用技术研发，推动建筑领域的节能减碳与可持续发展。关键词：氧化硅气凝胶：绝热材料：建筑减碳：碳中和中图分类号：TU55139文献标识码：A文章编号：1006-4990(2021)09-0001-05Silica aerogel insulation materials and their application for building carbon reductionZhang Guangpeng',Wu Huijun'2,Liu Yanchen'2,Yang Lixiu'2Abstract:Inorganic silica aerogels have broad application potential in energy saving and carbon reduction in aerospace,aviation,industrial and construction fields due to their ultra-low thermal conductivity,nonflammability of class A,low mo-isture absorption rate and light weight.However,poor mechanical property and high preparation cost limit the developmentand application of silica aerogels.The research progress of preparation technology of silica aerogel insulation materials wasintroduced.The application forms of silica aerogels in building field (such as super light aerogel foam concrete,super highperformance aerogel insulation board,ultra-low heat transfer coefficient aerogel energy-saving glass)were reviewed,and thedevelopment trend of silica aerogels in building energy conservation was prospected.In response to the goal of carbon neutraldevelopment,with the development and cost reduction of aerogel preparation technology,silica aerogel insulation materialswould be widely applied in building insulation,and at the same time,more functional requirements were put forward fortheir performance.Therefore,more systematic basic research and engineering application technology research are needed forsilica aerogel materials to promote energy conservation,carbon reduction and sustainable development in the field ofconstruction.Key words:silica aerogels:thermal insulation materials:building carbon reduction:carbon neutralization建筑业作为全球经济活动的重要引擎，成为能可持续发展目标，建筑业需扭转能源和碳排放持续源消耗总量和C02排放总量最大的行业，占全球能增长的趋势，以每年3%的速度实现降低建筑物的源消耗总量的36%和C02排放总量的39%。为实现碳排放量。在此背景下，新型高性能保温隔热材料及围护结构的研发与应用，对中国建筑节能、降低建筑基金项目：回家自然科学基金项目(51678167)。碳排放量有重要支撑作用。目前建筑中常用的有机收稿日期：2021-01-19作者简介：张广鹏(1995一)，男，博士研究生，主要从事新型建筑隔热材料与性能研究：E-mil:tumz卿@163.com。通讯作者：吴会军(1978一），男，博士，研究员，主要从事建筑节能新材料新技术研究：E-ail:whiu@tsinghua0 rg.cno1(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net无机盐工业第53卷第9期绝热材料如聚苯乙烯泡沫(EPS)、挤塑聚苯乙烯板问题并推动其大规模实际生产、应用，也是该领域的(XPS)和玻璃棉(GF)等具有轻质、易成型、，隔热性能研究热点。好等特点，但是存在消防安全隐患、疏水性差、耐久近年来，低成本、快速的常压制备技术[]得以研性差等问题4)。常用的无机绝热材料如玻璃纤维、发，不仅替代了高成本、高危险性的超临界干燥工矿物棉、膨胀珍珠岩等，虽然耐火性较好、安全性高，艺，而且具有表面预改性的同时可以和纤维整体复但是其吸湿性强、蒸汽渗透率高]，影响工程应用。合成型，极大地改进了氧化硅气凝胶材料的性能，促氧化硅气凝胶作为一种纳米孔多功能无机固体进了其在建筑节能领域的应用，推动了其产业化生材料，具有超低导热系数、耐火不燃、疏水、轻质等产。氧化硅气凝胶低成本常压干燥制备技术流程见特点9)，在航天航空、工业、交通等领域得到应图1。用2)。但是，氧化硅气凝胶本身力学性能差，而且硅前驱体相对于普通保温隔热材料其价格较高，限制了其进一步发展，尤其是在建筑领域的应用6别。因此，降超疏水表面快速成型低气凝胶的制备成本，改善气凝胶的力学性能，以推(与无机纤维复合、表面预改性)动其在建筑节能领域的应用，成为国内外研究的热点。近年来，随着氧化硅气凝胶制备技术的发展及常压干燥成本的降低，其开始在建筑节能减碳领域进行示超低导热SO2气凝胶材料范应用]。笔者综述了氧化硅气凝胶绝热材料的图1氧化硅气凝胶低成本常压干燥制备技术流程图制备技术研究进展，介绍了氧化硅气凝胶在泡沫混Fig.1 Process flow diagram of low cost atmospheric dryingpreparation technology for silica aerogels凝土、胶毡和板材以及建筑玻璃等领域的应用研究进展。1.2气凝胶材料的性能氧化硅气凝胶本身具有较大的孔隙率和红外透1氧化硅气凝胶绝热材料的制备与性能过率，脆性大、强度低。为促进其在建筑节能领域的气凝胶是一种由胶体粒子或高聚分子相互交联应用，常在制备过程中加入一定的组分如纤维、遮光构成的具有三维纳米网络结构的多孔材料，按其剂等，改善其在力学、光学、高温隔热等方面的性能。组分的不同常见的类型分为氧化硅气凝胶、碳气凝气凝胶基体制备过程中加人一定量的增强纤维胶、黏土气凝胶。氧化硅气凝胶是较为常见、应用较以制备纤维/氧化硅气凝胶复合材料是目前改进其广的一种类型，其孔洞率达到80.0%-99.8%，密度低综合性能较为行之有效的方法，常用的增强纤维类至0.003gcm,室温下导热系数为0.015W/(mK)左型有束状纤维、预制件纤维、纳米纤维等四。通过该右，小于无对流空气，为普通绝热材料的1/3-12，是方法制备的气凝胶绝热材料，其导热系数可低于目前导热系数最小的固体超级绝热材料。0.015W/(m·K)、密度低于215kgm2、体积吸水率低1.1气凝胶材料的制备技术于1%、压缩强度大于120kPa:具备A级燃烧等级早在1931年美国斯坦福大学的Kistler即以水(不燃)，耐热温度高达800℃：疏水角大于115°，属玻璃（硅酸钠）为硅源首次制成了氧化硅气凝胶，至憎水性材料，在潮湿环境下仍能维持良好的隔热20世纪70年代法国的Stanislaus Teichner用正硅酸性能。甲酯(TOS)取代水玻璃制备出氧化硅气凝胶，而后通过加入纤维、遮光剂组成的纤维/遮光剂/气凝Arlon Hunt(Berkeley)用正硅酸乙酯(TEOS)取代胶三元体系，不仅改善了气凝胶的力学性能，更提高TM0S于1983年制备出氧化硅气凝胶。20世纪90了其辐射隔热性能。Yang等2s采用溶胶-凝胶法和年代至21世纪初，气凝胶因具有超级绝热、耐火性常压干燥工艺制备了三元遮光剂/纤维/气凝胶复合强、耐候性好以及良好的光学、声学性能等特点，在材料。研究发现，三元复合材料的耦合热导率是总热建筑节能领域的应用前景逐渐显现，有关氧化硅气导率的正增量，且在掺量一定时耦合热导率最大：在凝胶的研究飞速发展。前文所述制备工艺涉及的溶气凝胶含量不变的情况下，增加遮光剂与纤维的含剂置换和超临界干燥技术成本高、过程冗长且方式量差异是降低耦合导热系数的有效途径。繁琐，是限制其工业化应用的重要因素。如何解决该近年来，以气凝胶为芯材、三元体系为基础，综(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net