综述：二氧化硅气凝胶基隔热涂料的制备、性能与应用研究

本文系统综述了SiO2 气凝胶（SA）基隔热涂料（STIC）的制备技术、多功能特性及工程应用。作者指出，SA凭借超低导热系数（0.02 W/m/K）、高孔隙率（>90%）和纳米多孔结构，在建筑节能、航空航天等领域展现出卓越的隔热性能。通过复合纳米填料（如空心玻璃微珠）和交联技术，STIC进一步实现了阻燃、耐腐蚀等协同功能，为"双碳"目标下的能源高效利用提供了创新解决方案。

　　

Abstract

随着全球低碳发展共识的深化，SiO₂
气凝胶（SA）因其独特的"蜂窝状"纳米多孔结构（比表面积达1000 m²
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）成为新型隔热材料的研究热点。这种被称作"冻烟"的材料，其导热系数低至0.02 W/m/K，能使非隔热建筑的CO₂
排放降低86.4%。

Introduction

传统聚苯乙烯泡沫等有机隔热材料存在高温变形、释放有毒气体等问题。相比之下，SA基隔热涂料（STIC）通过阻断固相传导、空气对流和辐射三种热传导路径，在建筑墙体、石化管道等领域展现出革命性优势。中国自1980年代开始研发硅酸盐复合隔热材料，当前技术趋势已转向微米级填料（如空心玻璃微珠）与SA的复合应用。

Preparation of SA

采用溶胶-凝胶法，以TMOS、TEOS等为硅源，通过水解缩聚形成Si-O-Si三维网络。关键步骤包括老化、溶剂交换和超临界干燥，其中表面改性可解决SA与水性体系的相容性问题。研究显示，MTMS改性后的SA接触角可达152°，显著提升涂料的疏水性。

Thermal insulation

STIC的隔热机制分为三类：

1. 热障型：通过SA的纳米气孔阻隔热传导
2. 反射型：添加TiO₂
   等反射填料（太阳光反射比>85%）
3. 辐射型：利用红外辐射材料（如SiC）增强热辐射散热
   复合纳米ZnO的STIC在50°C环境下可使表面温度降低12.3°C。

Applications of STIC

• 建筑领域：涂覆于外墙可降低空调能耗37%
• 航空航天：用于航天器热防护系统，耐受1200°C高温
• 智能服装：含SA的相变材料涂层实现体温动态调节
• 石化管道：复合碳纳米管的STIC兼具防腐蚀功能

Conclusion and Outlook

未来研究将聚焦于：

1. 开发室温常压干燥技术以降低SA生产成本
2. 构建SA与石墨烯的协同导热网络
3. 通过AI算法优化填料空间分布
   值得注意的是，SA含量超过23wt%时会导致涂层机械强度下降，这一平衡点仍需深入探索。

该领域的发展将直接助力"碳达峰"战略目标，预计到2030年，STIC市场规模将突破50亿美元。