气凝胶材料由一些连续的纳米粒子或是聚合物分子链装配而成具有连续三维纳米网络结构多孔纳米材料，其性能极为优异，保持了14项世界纪录，被誉为改变世界的神奇材料，已成为未来发展的十大新材料之一。项目组根据产品应用背景需要结合氧/碳化物气凝胶各自特性，筛选出多种纤维进行复合，突破气多项关键技术，最终制得无碱玻璃纤维增强SiO2气凝胶材料、玻璃纤维纸增强SiO2气凝胶材料、碳纤维增强碳化物气凝胶、Al2O3纤维增强碳化物气

课题组在国防973项目、教育部“创新团队发展计划”项目、总装预研基金项目、国家自然科学基金等项目支持下，深入开展SiO2气凝胶、碳化物气凝胶等方面研究工作。纤维增强SiO2气凝胶的耐温性达650℃、密度在0.1~0.3g/cm3、热导率：0.02W/(m•K)(25℃)、抗压强度在0.4~1MPa；纤维增强SiC气凝胶在有氧环境耐温1400℃、无氧环境下耐温1600℃、密度在0.28~0.6g/cm3、抗压强度大于2Mpa、孔隙率在85~94%、室温下热导率为0.07W/(m•K)。产品可用于外墙保温专用气凝胶板材、气凝胶玻璃、钢结构防火，替代传统的保温材料对管道、炉窑及其他热工设备、热水器、冷藏设备，大型海洋舰艇、船舶、客车、航天导弹等保温。其中纤维增强SiO2气凝胶材料方面研究成果已经部分转让两家企业进行产业化生产，产生了显著的经济和社会效益。

气凝胶材料是一种纳米多孔性固体材料，孔隙率高达 80.0-99.8%，是最轻 的固体材料，比表面积非常大，隔热性能好。 本项目除可生产耐 650ºC 二氧化硅气凝胶隔热复合材料外，还可生产耐 1100ºC 透波型二氧化硅气凝胶隔热复合材料。气凝胶隔热复合材料可用于冷库 保温、石油管道保温、LNG 保温、高速铁路保温隔音等领域；还可用于防爆、 防弹，气凝胶材料具有吸能的特点，在防爆领域应用前景广阔。 本项目研制的二氧化硅气凝胶隔热复合材料性能指标优于国外同类产品， 耐 1100ºC 的两种二氧化硅气凝胶隔热复合材料国外尚未见报导，综合技术水平 处于国内领先，达到国际先进水平。

气凝胶材料是一种纳米多孔性固体材料，孔隙率高达80.0-99.8%，是最轻的固体材料，比表面积非常大，隔热性能好。 本项目除可生产耐650ºC二氧化硅气凝胶隔热复合材料外，还可生产耐1100ºC透波型二氧化硅气凝胶隔热复合材料。气凝胶隔热复合材料可用于冷库保温、石油管道保温、LNG保温、高速铁路保温隔音等领域；还可用于防爆、防弹，气凝胶材料具有吸能的特点，在防爆领域应用前景广阔。 本项目研制的二氧化硅气凝胶隔热复合材料性能指标优于国外同类产品，耐1100ºC的两种二氧化

一种高效保温隔热材料 SiO2 纳米多孔气凝胶，美国已将类似的材料用于航天飞机。 这种性能优异的新型保温隔热隔声材料，其纤细的多孔网络结构使之具有极低的固态热 传导以及气态热传导。在常温常压下热导率可低达 0.02W/（m•K），是当前热导率最低的 固态材料。它不仅根据热导率推算，一块不到一寸厚的 SiO2纳米多孔气凝胶，相等于二 十至三十块普通玻璃或 15cm 厚度的混凝土墙体的隔热功能。鉴于目前建筑材料的隔热 性能差,仅上海的建筑能耗占总能耗的 25.4%，因此有关专家呼吁应大力推广各类保温隔 热轻质材料，SiO2纳米多孔气凝胶以其优异的保温隔声性能有望成为一种环保型高效保 温隔声轻质建材。另外 SiO2纳米多孔气凝胶还具有透光性，可以有效地透过可见光，同 时可以高效地阻隔红外辐射，因此，用于建筑物可以很好地兼顾采光和节能。

无毒 无污染、导热系数最低，节能减排效果好，在浮法玻璃生产线应用，节能量约为10~15%，与传统硅酸铝纤维相比，节能率达49.53%，假如全国300条浮法线都使用SiO2气凝胶保温材料，一年可节约燃料折合标煤约180万吨，节能效益显著。气凝胶隔热保温材料可应用于输热管道、LNG、涂销、太阳能、汽车隔热、建筑材料、客车、救生舱和军工。

气凝胶是一种有着纳米多级结构的特殊多孔材料，由于其独特的结构和诸多优越的性能，在许多领域有着广泛的应用前景。目前制约其工业化生产和应用的最大瓶颈就是其极差的力学性能，因此获得高模量的气凝胶是研究人员一直以来努力的目标。聚酰亚胺气凝胶作为一种力学性能较好，热稳定性高，隔热性能好的有机气凝胶近年来受到人们的广泛关注。通常线性聚酰亚胺气凝胶是通过等摩尔的初始单体二酐和二胺合成，其主要缺点在于样品收缩大，热、力学性能差强人意。收缩大是聚酰亚胺气凝胶制备过程中较难解决的问题，较大的收缩导致气凝胶的密度一般较高。由于隔热材料的热导率这一性能和材料的密度是紧密相关的，通常密度低意味着隔热效果更好，因而降低聚酰亚胺气凝胶的密度是提升其隔热性能的有效手段。同时，较低的密度也会导致材料的模量下降，影响其力学性能。所以，获得低密度、高模量，也就是高比模量的聚酰亚胺气凝胶是正真提升其应用价值的核心问题。相较之下，交联型的聚酰亚胺气凝胶有着更为优异的性能，这是由于在其凝胶网络中引入了某些功能化的胺类，也叫交联剂。交联剂的引入使得聚酰亚胺聚合物链通过共价键进行结合，形成丰富的三维网络结构，可以极大降低样品的密度和热导率，同时提升其热、力学性能。然而，交联剂的售价异常昂贵，或是需要通过复杂的合成工艺获得，这一瓶颈极大地限制了交联型聚酰亚胺气凝胶的大规模生产和应用。因此，采用更为廉价易得的交联剂获得低收缩、低密度、低热导的聚酰亚胺气凝胶成为研究学者们亟待解决的一个难点。本团队的相关科技成果提供了一种适用范围广、成本低廉、反应周期短、可能工业放大的低密度、高模量交联型聚酰亚胺气凝胶材料的制备方法以及一种适用范围广、成本低廉、反应周期短、可能工业放大的低密度交联型聚酰亚胺气凝胶类材料的低成本制备方法。 聚酰亚胺气凝胶作为一种力学性能较好，热稳定性高，隔热性能好的有机气凝胶近年来受到人们的广泛关注。该技术研制了一种适用范围广、成本低廉、反应周期较短、可能工业放大的交联型聚酰亚胺气凝胶材料的制备方法。

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项目成果/简介:本课题组自主开发了纳米氧化物制备工艺，结合共沸蒸馏和膜处理技术，获得晶粒度在10~20 nm的氧化物陶瓷粉末，最高耐热温度1400℃以上。该项制备技术于2004年获得国家发明专利（专利号ZL01128448.X）。2001年10月，“纳米氧化锆粉体制备”项目通过了湖北省科学技术厅主持的科技成果鉴定（证书编号：鄂科鉴字[2001]第2172380号），鉴定委员会认为：纳米氧化锆粉体制备工艺属于国内外首创，由该工艺生产的纳米氧化锆粉体的质量达到国际领先水平。2002年9月，“纳米氧化锆粉体制备技术”项目列入“十五”湖北省科技攻关计划重大项目：“纳米材料的应用研究与开发”项目。2003年4月，“纳米氧化锆粉体”项目列入国家重点新产品。截止目前，共授权相关领域发明专利26项，系列成果3次获得湖北省技术发明奖。该系列技术专利权在中国地质大学（武汉），已经完成耐高温隔热粉体和涂层的中试验证，技术成熟度高。在进行纳米氧化锆粉体研发工作的同时，还自主研发了二次造粒方法制备纳米氧化锆球形团聚体，试制出适用于热喷涂工艺要求的、具有纳米结构的氧化锆微米级氧化锆喷涂粉末，该粉末可以用于等离子喷涂等相关工艺。课题组研发的纳米氧化锆材料开始在我国航空发动机和燃气轮机热震涂层等领域进行初步试验。目前，纳米氧化锆材料已经经过了**发动机FWS**、舰船动力GT**、地面发电燃气轮机QD70A、QD128 燃气轮机、XX14、XX20 等型号的实际考核、验证，并在空军第三代X10、X11 等型号飞机上成功应用。与北京钢铁研究总院合作，将纳米氧化锆团聚体材料，应用于烟燃气轮机纳米涂层技术及应用，开发出了烟、燃气轮机热端部件纳米ZrO2热障涂层，该涂层具有优良的结合强度、隔热、抗热震性能，已成功应用于PG6541燃气轮机和YL14000A烟气轮机热端部件的实际应用，使用寿命较传统ZrO2涂层提高3倍以上。与贵州***公司合作，将纳米氧化锆材料粉末作为涡轮叶片热障涂层陶瓷面层，经入厂复验检查符合技术标准要求，经生产试验与后期使用考核。在 2011年通过中航工业相关单位组织的评审，并被制定为**系列发动机和**发动机热障涂层陶瓷面层粉末原料提供单位。F***系列发动机是我国自主研发空军第三代系列飞机的重要动力，目前已定形、并批量装备部队使用。解放军第***工厂承担F***系列发动机维修任务。中国人民解放军***工厂在进行已使用300小时寿命F***发动机的维修任务过程中。我们还开发了氧化锆靶材、高熵氧化锆、高熵稀土锆酸盐等，相关技术已经完成了中试。知识产权类型:发明专利技术先进程度:达到国际先进水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:国家级计划/专项类别:科技创新重大专项获得经费:600.00万元自筹资金:500.00万元自筹资金来源:企业

本课题组自主开发了纳米氧化物制备工艺，结合共沸蒸馏和膜处理技术，获得晶粒度在10~20 nm的氧化物陶瓷粉末，最高耐热温度1400℃以上。该项制备技术于2004年获得国家发明专利（专利号ZL01128448.X）。2001年10月，“纳米氧化锆粉体制备”项目通过了湖北省科学技术厅主持的科技成果鉴定（证书编号：鄂科鉴字[2001]第2172380号），鉴定委员会认为：纳米氧化锆粉体制备工艺属于国内外首创，由该工艺生产的纳米氧化锆粉体的质量达到国际领先水平。2002年9月，“纳米氧化锆粉体制备技术”项目列入“十五”湖北省科技攻关计划重大项目：“纳米材料的应用研究与开发”项目。2003年4月，“纳米氧化锆粉体”项目列入国家重点新产品。截止目前，共授权相关领域发明专利26项，系列成果3次获得湖北省技术发明奖。该系列技术专利权在中国地质大学（武汉），已经完成耐高温隔热粉体和涂层的中试验证，技术成熟度高。 在进行纳米氧化锆粉体研发工作的同时，还自主研发了二次造粒方法制备纳米氧化锆球形团聚体，试制出适用于热喷涂工艺要求的、具有纳米结构的氧化锆微米级氧化锆喷涂粉末，该粉末可以用于等离子喷涂等相关工艺。 课题组研发的纳米氧化锆材料开始在我国航空发动机和燃气轮机热震涂层等领域进行初步试验。目前，纳米氧化锆材料已经经过了**发动机FWS**、舰船动力GT**、地面发电燃气轮机QD70A、QD128 燃气轮机、XX14、XX20 等型号的实际考核、验证，并在空军第三代X10、X11 等型号飞机上成功应用。 与北京钢铁研究总院合作，将纳米氧化锆团聚体材料，应用于烟燃气轮机纳米涂层技术及应用，开发出了烟、燃气轮机热端部件纳米ZrO2热障涂层，该涂层具有优良的结合强度、隔热、抗热震性能，已成功应用于PG6541燃气轮机和YL14000A烟气轮机热端部件的实际应用，使用寿命较传统ZrO2涂层提高3倍以上。 与贵州***公司合作，将纳米氧化锆材料粉末作为涡轮叶片热障涂层陶瓷面层，经入厂复验检查符合技术标准要求，经生产试验与后期使用考核。在 2011年通过中航工业相关单位组织的评审，并被制定为**系列发动机和**发动机热障涂层陶瓷面层粉末原料提供单位。 F***系列发动机是我国自主研发空军第三代系列飞机的重要动力，目前已定形、并批量装备部队使用。解放军第***工厂承担F***系列发动机维修任务。中国人民解放军***工厂在进行已使用300小时寿命F***发动机的维修任务过程中。 我们还开发了氧化锆靶材、高熵氧化锆、高熵稀土锆酸盐等，相关技术已经完成了中试。