0 引言

热防护纺织品是指具有一定隔热和阻燃性能，在高温或燃烧的环境下依然能保护人体或物体不受外界伤害或破坏的纺织品。随着热防护技术的发展和对热防护纺织品要求的提高，热防护纺织品不仅能够抑制热传递，而且还应具备轻质、高效、节能和环保等特点[1]。例如，消防服和单兵战训服用面料就是用量非常大的热防护纺织品，该类服用面料不仅应具有良好的阻燃隔热性能，而且为满足士兵活动的需求，该类面料应轻质舒适。

热防护纺织品的开发主要分三方面，分别为纤维方面、纺织品的加工技术方面和开发新型隔热材料方面。其中，开发新型隔热材料是热防护纺织品的重点研发方向之一[2]。气凝胶是近年来发展起来的新型超级隔热材料，它具有质轻、高效、阻燃、绝热并且环保等特性，可应用在消防服和单兵战训服纺织品上，在热防护领域具有广阔的应用前景[3]。

1 气凝胶概况

气凝胶，又称干凝胶，是指在纳米量级的孔隙内和网状结构中充满气态分散介质的固态材料。它是由胶体粒子相互聚集而成的，是一种孔隙尺寸可控的三维结构的纳米材料[4]。气凝胶的种类有很多，按组成成分可以分为无机气凝胶、有机气凝胶和和有机/无机杂化气凝胶。常见的无机气凝胶有氧化硅系气凝胶、金属氧化物系和金属系气凝胶等；有机气凝胶有三聚氰胺-甲醛气凝胶和间苯二酚-甲醛气凝胶等。现阶段经常使用的气凝胶是无机氧化硅气凝胶[5]。

气凝胶因其重量极轻且呈半透明状，在光线下呈显出烂漫的蓝色，被叫做“蓝烟”。气凝胶的形态是固体，但组成中96%以上是气体，所以密度可低达3 mg/cm3，仅是空气的2.75倍，孔隙率可达80%～99.8%，常温下的导热系数最低为0.013W/(m·K)，光透过率最高可达99%[3, 6]。图1为将多壁碳纳米管气凝胶放在蒲公英上，柔软的花蕊几乎没有变形，可见气凝胶质量极轻；图2为在喷灯火焰的喷射下，气凝胶上方的鲜花依然安然无恙，可见气凝胶材料具有极好的阻燃隔热性能。气凝胶的特殊结构使其在热力学、光电学、声学、磁学、催化学等方面都具有特殊的应用，其中在热力学方面的应用最受人们重视，也是最具产业化价值的，被誉为超级隔热材料。

图1 蒲公英花朵上的气凝胶

图2 防烧蚀的气凝胶材料

气凝胶这种物质最早出现是在1931年，是由美国斯坦福大学的化学家Kistler制备的。他以水玻璃为前驱体(以水玻璃为前驱体，可以在一定程度上避免杂质进入气凝胶)，盐酸为催化剂，首次制得了块状无裂纹、透明的SiO2气凝胶。但因制备方法复杂、危险性较大，且没有发现合适的应用领域，一直没有得到发展。直到上世纪七十年代，法国Claud Bernard大学的Teichner教授用溶胶-凝胶法制备了二氧化硅气凝胶，使气凝胶科学研究前进了一大步。1983年Berkeley实验室的研究小组，发现在超临界干燥过程中，可以用超临界二氧化碳流体取代乙醇，这个发现使超临界干燥技术得到了优化与改善，SiO2气凝胶制备技术得以快速发展。国内也早在上个世纪九十年代开始了关于气凝胶的研究，并且取得了一定进展。目前常见的SiO2气凝胶是把正硅酸乙酯作为硅源，通过溶胶-凝胶法先制得SiO2凝胶，然后再将凝胶进行后期过程处理得到SiO2气凝胶。

2 气凝胶隔热机理

传热现象是指因存在温差，热能从高温区域向低温区域自发转移的过程，这是一种在自然界普遍存在的现象。隔热是指在热量传递过程中，由于介质的改变导致单位空间温度变化变小，从而阻碍热流的传递。隔热材料可分为多孔材料(利用材料本身所含的孔隙隔热)、热反射材料(利用材料高反射系数反射热量隔热)和真空材料(利用材料内部真空隔热)。气凝胶是纳米孔超级隔热材料，因特有的三维网状结构，超低的体积密度、热导率和高孔隙率，而具有良好的隔热性能。

在多孔隔热材料中，热量的传递主要有三种方式，分别为固相传热、气相传热以及辐射传热。由于气凝胶具有纳米孔隙结构，其传热机理与传统的多孔隔热材料有所不同。

设从动件的长度、转角、初位角、角行程为c、ψ、ψ0、ψx(即ψ的最大值ψmax)，角速度、角加速度、角跃度、角跳度为γ、λ、σ、β。

Mohanapriya Venkataraman[17-18]研究并比较了浸渍有气凝胶的不同厚度的聚酯/聚乙烯无纺布的热性能。采用SEM图像比较基于气凝胶的纤维复合材料的物理结构；使用alambeta仪器测量了热导率、热阻、热扩散率和热吸收率等热性能；用透气性测试仪测量热包覆层的透气率、相对水蒸气透过率和绝对水蒸汽渗透率，从而了解具有纳米多孔结构的柔性气凝胶基复合材料的热性质，空气和水蒸气渗透性；使用C-Therm TCi热导率分析仪测量电导率、电阻和流出率等热学性能，结果表明织物厚度和密度对气凝胶处理无纺布的热性能和渗透性有显着影响；在低温情况下(-25℃)，SiO2气凝胶绝热毡具有低热导率(0. 0248 W/(m·K))和高热阻(0. 459m2·K/W)。

任何温度在绝对零度之上的物质都会发出热辐射。辐射传热是通过电磁波辐射实现物体间相互发射和吸收热辐射的过程，是一种非接触式的传热方式。一般温度高的物体辐射能也越高。由于气凝胶固体骨架在纳米量级，因此其内部形成了众多足够小的微孔和极多的反射面和反射颗粒，能够将辐射热量反射回去，从而有效降低辐射热传热的效率[9-12]。

(4)微观结构与土体的分散性。在季节冻土区，土体在冻结时随着温度的降低，土体孔隙中冰晶不断增大，促使孔隙体积增大，造成土粒间的距离增大，进而减弱土颗粒间连结力，增强土体的分散性。同时孔隙体积增大，土体变得松散，形成裂隙，水更易通过裂隙进入，产生分散性。

归纳以上因素，由于气凝胶具有独特的三维纳米网络结构，其传热包括固向传热、气向传热和辐射传热三部分，并且使得这三种传热方式的传热都被很好地限制了，传热量均达到了极低值，因此气凝胶材料的热导率是很低的，隔热性能很好。

固相传热是物质内部微观粒子的热运动产生的热量传递。与一般的隔热材料相比，由于气凝胶的体积分数低(通常不超过20个百分点)，且骨架颗粒直径非常小，热传导传递路径长，从而产生“无限长路效应”，导致颗粒与颗粒互相接触的面积也很小，气凝胶通过固体基质进行热传导受到了限制，因此固体热导率很小[7]。

3 气凝胶在热防护织物中的应用

张明明[16]以水玻璃为前驱体，硫酸为催化剂，采用溶胶-凝胶法和超临界干燥方法制备了二氧化硅气凝胶。然后以二氧化硅气凝胶为功能颗粒，以聚丙烯酸酯为粘合剂，将气凝胶涂覆在织物表面，得到功能性纺织品。同时研究了硫酸浓度、水玻璃质量分数、乙醇用量和凝胶化温度对气凝胶结构和性能的影响。此外，还研究了二氧化硅气凝胶用量对涂层织物绝缘性能的影响。结果表明，在硫酸浓度为1.5 mol/L，水玻璃和乙醇的质量比为1:6，凝胶化温度为50 ℃的条件下，制得的SiO2气凝胶与孔径为25 nm的气凝胶有相同的结构特征，体积密度为0.046 g/cm3，导热系数为0.0198 W/(m·K)。当SiO2气凝胶与粘合剂的质量比为12:15时，制备出的涂层织物的保温隔热性能是最好的。经过40分钟的红外光照射后，涂层织物与未经涂层处理的织物相比温差约为9.1 ℃。

——The church square of Qingdao Zhongshan Road as an example

此外,不得不提的是,香港投融资中心由资产运营向资本运营和资产运营相结合,是西王集团转型发展的重要组成部分。这种转型，某种程度上说，与新生代的知识结构、成长经历、个人喜好高度关联。他们不愿再重复父辈的老路，在产业风口之下，开始新的“玩法”，进入新的市场。

如何将气凝胶应用在纺织品上，正是我们需要进行研究与实践的。目前，主要的制备方法有粘合剂法、物理填充法、浸渍法、涂层法等[13-14]。可以选用粘合剂将SiO2气凝胶通过一层薄膜与织物表面连接在一起；也可以将SiO2气凝胶作为功能粒子，在织物表面进行涂层得到SiO2气凝胶涂层织物；还可以气凝胶与纤维或聚合物进行复合，制备出气凝胶毡，从而作为隔热层用在热防护纺织品中。

3.1 粘合剂法

东华大学贺香梅等[15]把甲基三甲氧基硅烷作原料，选取氨水和乙二酸作催化剂，在常压条件下进行干燥制备了气凝胶。该工艺简单，既能节省时间，又可以降低成本。将制得的SiO2气凝胶作为功能粒子，通过聚丙烯酸酯和聚氨酯类粘合剂，将气凝胶涂层在棉织物上，得到SiO2气凝胶涂层织物。隔热涂层织物的性能主要受气凝胶和粘合剂用量的影响。当涂层剂中气凝胶的质量分数为10%，粘合剂和去离子水质量比为2∶8时，织物隔热性能最好。织物的导热系数为0.101 W/(m·K)，涂层后织物的隔热性能与空白样温差可达6 ℃。

目前SiO2气凝胶材料在纺织品上的应用并不是很普遍，但SiO2气凝胶具有低密度、绝热、阻燃以及高孔隙率等性质，将其运用在阻燃隔热纺织品中有很广阔的前景。如将气凝胶运用在消防服上，不仅可以使消防服的隔热效果增强，还能够提高消防服的灵活性和舒适性。如将气凝胶用于隔热毡上，可用于工业设备、管道的保温和重要设施的阻燃防护；如将气凝胶用于帐蓬，可解决由于地理、气候引起的帐篷内温度超过人体能承受范围之外的情况。

3.2 浸渍法和物理填充法

气相传热是材料内部的孔隙内的气体分子相互碰撞产生的热量传递。气体分子总是处于无序的热运动之中，当气体分子发生碰撞时，热量由较高的一侧向较低的一侧传递。由于气凝胶颗粒内部的纳米气孔尺寸特别小，等于或者小于常温常压环境下空气分子运动的平均自由程，所以孔隙内的气体分子之间很难发生相互碰撞产生热量传导，只能与固体骨架发生无能量交换的弹性碰撞，从本质上限制了热量的传递，因此气相传热也很小[8]。

Zhengkun Qi[19]等提出在消防服中使用气凝胶来改善其热防护性能，隔热层中填充2.5 mm的SiO2气凝胶和0.5mm芳纶织物，设置对照组为隔热层填充3mm芳纶织物。测试结果表明，在相同热暴露条件下，用气凝胶填充的消防服样品的冷面温度比未填充气凝胶的消防服样品的冷面温度低100℃。此外，气凝胶的消防服样品的重量减少了约24.3%。然而，由于红外辐射光的渗透，在测试过程中会出现一个短暂的温度跃迁现象。因此，在消防服中填充气凝胶可以有效地改善其热防护性能，并且减轻其重量，然而必须使用一些添加剂来吸收或散射引起温度跃迁的红外辐射。

3.3 涂层法

隔热涂层织物是指将涂层整理剂均匀涂覆在织物上，使织物具有阻燃隔热功能的纺织品。目前，常见的隔热涂料有有机硅树脂、酚醛、聚苯乙烯等，质量重且不耐火，选择轻质高效的SiO2气凝胶作为隔热涂层材料可以有效的解决这一问题[20]。

任乾乾等[21]研究了一种轻质的防火隔热性能优良组合面料，通过涂层工艺将SiO2气凝胶微粒引入IP650型玻璃纤维毡，将玻璃纤维/SiO2气凝胶毡作为隔热层用于防火隔热组合面料，试验结果表明，使用气凝胶的新型组合面料的综合热防护性能符合我国消防服的相关标准，这种组合面料在450℃的高温火焰下隔热性能良好，持续燃烧50s后面料内部的温度低于40℃。

在高中物理课程中，物理教师不仅仅需要传授物理知识，在传授知识的过程中注重对学生自我监控能力的培养.积极引导学生进行计划表的制定，帮助学生制定相应的物理学习计划.能够她们明白在物理学习中制定相应的时间安排表和计划表对提高物理学习效果、提高物理学习之间、提高物理成绩占有重要的地位.从而让学生想要自我监控、做到自我监控，以不断的提高自我监控的能力.

本研究的结论对大学英语听力教学以及如何构建有效的听力课堂具有重要的指导意义。首先，较慢语速能够对中国英语学习者听力理解的发展起到明显的帮助作用，学生在日常英语学习中应该主动接触或教师应该提供更多的语速降低后的听力材料。正常课堂教学中，教师应尽量使用慢语速并根据学生实际英语水平调整自己的语速。在《新视野大学英语:视听说教程》课本的使用过程中，应多听较慢语速标准的版本。然而，必须注意的一点是，目前二语或外语教学中普遍强调自然语料对有效交际的作用，因此语速降低并不是最终目的，而是通向理解正常语速话语的一条捷径。

张兴娟等[22]通过涂层工艺将纳米多孔SiO2气凝胶微粒引入芳纶1414纤维毡，将其作为隔热层用于新型组合式消防服，对比了以气凝胶为隔热层的新型消防服和传统消防服的热防护性能和重量、厚度。结果表明，采用气凝胶复合材料的新型消防服试样的导热系数为0.057 W/(m·K)，同时可使消防服的重量和厚度降低70%以上。

我国竹子培育历史悠久，既是竹资源大国，也是竹林培育技术全球领先的国家。然而，一个时期以来，在原始创新不足等多重复杂因素影响下，竹材价格逐年下跌，市场不断萎缩，经济效益明显下滑，严重影响了南方山区竹林经营者的生产积极性。党的十九大报告提出乡村振兴战略，以及“产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕”的总要求，加快推进农业农村现代化。因此，转变经营理念，提升技术水平，创新培育模式，既是竹产业持续发展的必然要求，也是实现乡村振兴战略的现实需要。本文基于湖州市近年来在竹林培育中的探索与实践，提出竹子丰产、高效、可持续经营的几种模式，供竹林经营者参考与借鉴。

Mostafa Jabbari等[23]以聚氯乙烯为原料，在涤纶机织物上加入气凝胶进行改性，采用刀涂法制备了轻质、高隔热的聚氯乙烯涂层织物，并与未改性的复合材料进行性能比较，研究了气凝胶含量对复合材料的隔热性能、热降解性能、表面特性、拉伸性能和物理性能的影响。结果表明，气凝胶可以显著降低复合材料的热导率、密度和亲水性，同时其他性能没有明显降低。实验结果表明，相对于未改性的涂层织物,隔热性能提高了65.26%(从205mW/(m·K)到152mW/(m·K))，密度降低了65.17%(从1.132g/cm3到0.941 g/cm3),疏水性增加了16.4%(从76.02°到88.67°)。分析表明，复合材料的气凝胶的含量为3%时质量最轻，含量为4%时隔热性能最好。结果表明，4%是一个临界比，当复合材料的气凝胶含量高于4%时，由于增塑剂的高粘度导致复合材料的制备存在局限性。

Abu Shaid[24]研究了气凝胶和相变材料(PCM)在消防员防护服热衬面布上的使用状况。将气凝胶用于高热防护服中，不仅能抵抗高热保护区热通量的进入，还能防止寒冷环境中身体热量的损失。目前的研究主要集中在将PCM和气凝胶应用于织物上。在热衬面布的环境侧涂覆二氧化硅气凝胶颗粒，同时在皮肤侧涂覆PCM气凝胶复合粉体。新的热衬具有优越的热防护性能和舒适性，延长了到达疼痛阈值并增加了疼痛报警的时间。气凝胶/ PCM复合粉末的傅立叶变换红外分析表明，在纳米多孔气凝胶颗粒中存在PCM，利用差示扫描量热仪量化了这种新型复合粉末的吸热能力，并用红外热像仪对复合粉体的热稳定性进行了研究。

4 结语

目前气凝胶的制备技术已经比较成熟。由于气凝胶具有低热导率、低密度、低折射率、高比表面积、高孔隙率以及高透光性等特性、在石油化工、工业炉体、建筑、航空航天等方面已经获得了广泛应用。但是，气凝胶在服用热防护材料方面的应用还不多。本文介绍了气凝胶的性能特点和隔热机理，重点讨论了气凝胶材料在热防护织物上的应用方法与现状，有利于推动气凝胶材料在消防服、战训服等热防护纺织品上的广泛应用。

气凝胶在热防护织物上的应用领域有很多，还可用于消防领域。将气凝胶材料用于消防服、消防毯，既可减轻重量又可隔热耐火。许多家用装饰品也可采用气凝胶材料，窗帘、墙布、地毯等使用气凝胶纺织品，可在发生火情时阻止火势的蔓延，减少财物损失。针对近些年全球气温持续升高，可以根据气凝胶的隔热性能和高空隙率的透气性能，应用到户外工作服上，既防止了户外工人被阳光直接晒伤，也可防止由于闷热导致中暑。

参考文献

[1] 马新安, 张莹. 纺织品热防护技术研究现状[J]. 高科技纤维与应用, 2012(5):58-64.

[2] 蒋莹莹. 基于晶体生长和气凝胶技术制备芳砜纶热防护纺织品[D]. 上海：东华大学, 2017.

[3] 孔勇, 沈晓冬, 崔升. 气凝胶纳米材料[J]. 中国材料进展, 2016,35(8):569-576.

[4] 吴华敏. 二氧化硅气凝胶的研究现状及应用前景[J]. 化工管理, 2016(5):208.

[5] 王洋. 高性能气凝胶隔热材料研究进展[J]. 飞航导弹, 2014(3):90-94.

[6] Rijavec T. Silica aerogel - Thermal superinsulation material[J]. Tekstilec, 2015,55(4):314-322.

[7] Zhao, Jun-Jie, Duan, Yuan-Yuan, Wang, Xiao-Dong, et al. Experimental and analytical analyses of the thermal conductivities and high-temperature characteristics of silica aerogels based on microstructures [J]. Journal of Physics D Applied Physics, 2013,46(1).

[8] 杨海龙, 吴文军, 徐云辉, 等. 气凝胶——高超声速飞行器未来的“防火服”[J]. 科技传播, 2016(19):196-198.

[9] Wu, Fan H, Du J. Porous Materials with Thin Interlayers for Optimal Thermal Insulation[J]. International Journal of Nonlinear Sciences & Numerical Simulation, 2009,10(3):291-300.

[10] Pan Y, He S, Cheng X, et al. A fast synthesis of silica aerogel powders-based on water glass via ambient drying[J]. Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2017,82(2):594-601.

[11] 王慧利, 邓建国, 舒远杰. 多孔隔热材料的研究现状与进展[J]. 化工新型材料, 2011(12):18-21.

[12] 杨建明. SiO2气凝胶隔热复合材料的热导率计算与优化[D]. 广州：广州大学, 2016.

[13] 魏鹏湾, 闫共芹, 赵冠林, 等. 二氧化硅气凝胶复合隔热材料研究进展[J]. 无机盐工业, 2016(10):1-6.

[14] 梁腾隆, 赵晓明. SiO2气凝胶绝热复合材料的研究现状[J]. 成都纺织高等专科学校学报, 2017,34(2):238-243.

[15] 贺香梅. SiO2气凝胶的常压干燥制备及在隔热纺织品中的应用[D]. 上海：东华大学, 2014.

[16] 张明明, 刘晓林, 马天, 等. SiO2气凝胶制备及其在织物保温涂层中的应用[J]. 稀有金属材料与工程, 2015(S1):421-425.

[17] Mohanapriya Venkataraman, Mishra R, Wiener J, et al. Aerogel Based Nanoporous Fibrous Materials for Thermal Insulation[J]. Fibers & Polymers, 2014,15(7):1444-1449.

[18] Mohanapriya Venkataraman, Mishra R, Wiener J, et al. Novel techniques to analyse thermal performance of aerogel-treated blankets under extreme temperatures [J]. Journal of the Textile Institute, 2015,106(7):736-747.

[19] Zhengkun Qi, Huang D, He S, et al. Thermal Protective Performance of Aerogel Embedded Firefighter's Protective Clothing[J]. Journal of Engineered Fibers & Fabrics, 2013,8(2):134-139.

[20] 朱贞, 陈宏书, 王结良, 等. 织物隔热涂层的研究[J]. 现代涂料与涂装, 2014(6):21-25.

[21] 任乾乾, 林兰天, 郑慧琴. 采用二氧化硅气凝胶的防火隔热组合面料研究[J]. 上海纺织科技, 2011(12):53-55.

[22] 张兴娟, 吴洪飞, 孔祥明. 新型组合式消防服热防护性能分析[J]. 中国个体防护装备, 2013(6):20-24.

[23] Mostafa Jabbari, Kesson D, Skrifvars M, et al. Novel lightweight and highly thermally insulative silica aerogel-doped poly(vinyl chloride)-coated fabric composite[J]. Journal of Reinforced Plastics & Composites, 2015,34(19).

[24] Abu Shaid, Wang L, Padhye R. The thermal protection and comfort properties of aerogel and PCM-coated fabric for firefighter garment[J]. Journal of Industrial Textiles, 2016,45(4):611-625.