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上一篇文章中，我們提到了什么是氣凝膠，并且跟大家介紹了它的特性，以及目前氣凝膠的市場應(yīng)用情況。今天武漢現(xiàn)代精工的小編要跟大家詳細(xì)講解一下氣凝膠的制作工藝，氣凝膠的制作工藝需要精細(xì)控制成膜過程與孔隙結(jié)構(gòu)，以下是典型的生產(chǎn)流程及關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)：

一、原料選擇與溶膠制備

前驅(qū)體：根據(jù)目標(biāo)氣凝膠類型選擇：

硅基：正硅酸甲酯（TMOS）、正硅酸乙酯（TEOS）等硅源。

碳基：石墨烯分散液、碳納米管懸浮液或生物質(zhì)碳前驅(qū)體（如纖維素）。

聚合物基：聚酰亞胺（PI）、聚乙烯醇（PVA）等可交聯(lián)聚合物。

溶劑：乙醇、水或離子液體，需與后續(xù)干燥工藝兼容。

添加劑：酸堿催化劑（如氨水、鹽酸）控制水解速率，表面活性劑調(diào)節(jié)孔隙均勻性。

二、成膜工藝

氣凝膠膜的成膜技術(shù)需兼顧薄層均勻性與結(jié)構(gòu)完整性，常用方法包括：

（1）溶膠凝膠涂覆法

基底選擇：玻璃、金屬箔、柔性聚合物（如PET、PI膜）。

涂覆方式：

旋涂：高速旋轉(zhuǎn)基底使溶膠均勻鋪展成膜（厚度可低至微米級）。

浸漬提拉：基底浸入溶膠后緩慢提拉，控制提拉速度調(diào)節(jié)厚度。

刮刀/流延法：通過刮刀將溶膠平鋪成膜，適合較厚膜層（毫米級）。

凝膠化：在濕潤環(huán)境下靜置，通過水解縮聚反應(yīng)形成濕凝膠膜。

（2）靜電紡絲法（適用于柔性膜）

工藝：將聚合物或復(fù)合溶膠通過高壓電場拉伸成納米纖維，收集成多孔膜。

優(yōu)勢：直接形成交織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強膜柔韌性，適合碳基/聚合物基氣凝膠膜。

（3）3D打印/模板法

模板輔助：利用多孔模板（如陽極氧化鋁AAO）填充溶膠，凝膠化后移除模板。

3D打?。菏褂脷饽z墨水逐層沉積成膜，可定制復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

三、老化與溶劑置換

老化：濕凝膠膜在母液或低表面張力溶劑（如乙醇、丙酮）中浸泡，增強骨架交聯(lián)強度。

溶劑置換：逐步替換濕凝膠孔隙中的水或高表面張力溶劑，常用乙醇→二氧化碳（超臨界干燥前）或硅油（常壓干燥前），避免干燥收縮。

四、干燥工藝（核心步驟）

干燥過程需去除溶劑并保留納米孔隙，方法選擇直接影響膜性能：

（1）超臨界干燥（結(jié)構(gòu)最優(yōu)，成本高）

流程：將濕凝膠膜置于高壓釜，注入液態(tài)CO?置換溶劑，升溫至超臨界狀態(tài)（CO?臨界點：31℃,7.4MPa），緩慢釋放氣體。

優(yōu)勢：無毛細(xì)管力破壞，孔隙率＞90%，孔徑分布均勻。

挑戰(zhàn)：設(shè)備昂貴，難以連續(xù)化生產(chǎn)。

（2）常壓干燥（低成本，需結(jié)構(gòu)優(yōu)化）

表面修飾：用三甲基氯硅烷（TMCS）等疏水劑修飾孔壁，減少干燥時毛細(xì)管應(yīng)力。

梯度干燥：控制濕度與溫度逐步蒸發(fā)溶劑，減少收縮開裂。

性能折衷：孔隙率較低（7085%），膜厚受限。

（3）冷凍干燥（特殊場景）

步驟：將濕凝膠膜快速冷凍，在真空下升華溶劑。

適用：生物質(zhì)基氣凝膠膜，但孔隙易呈定向冰晶結(jié)構(gòu)。

五、后處理與功能化

退火處理：高溫煅燒（硅基/碳基）增強骨架穩(wěn)定性，去除殘留有機(jī)物。

復(fù)合增強：嵌入納米纖維（如碳纖維）、涂覆保護(hù)層（PDMS）提升力學(xué)性能。

表面改性：接枝功能基團(tuán)（如氨基、氟基）實現(xiàn)選擇性吸附或疏水/親水調(diào)控。

六、質(zhì)量控制與表征

厚度均勻性：激光測厚儀、SEM斷面觀察。

孔隙結(jié)構(gòu)：BET比表面積分析、壓汞法測孔徑分布。

力學(xué)性能：納米壓痕測試彈性模量，拉伸試驗測斷裂強度。

功能驗證：導(dǎo)熱系數(shù)測試（如HotDisk）、吸附容量測定。

七、工藝難點與解決方案

從上面的內(nèi)容可以看到，成膜過程與孔隙結(jié)構(gòu)是氣凝膠制作過程中非常關(guān)鍵的地方，如果您在生產(chǎn)制作過程中，遇到這方面的問題，歡迎咨詢我們，我們廠有著多年的生產(chǎn)設(shè)備制造經(jīng)驗，相信能為您提供滿意的答案。