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会呼吸的新材料?探索你不了解的硅藻泥
来源:科普一条龙 2023-06-23 245
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    2020年1月5日下午,泰利能源在硅藻新材料领域第一次对外进行科研成果发布,各大相关专业人士均出席参加。泰利能源在国内率先开启了硅藻新材料的产业化应用,第一次向社会各界全面展示了完整的硅藻生态产业链。他向现场介绍到,硅藻是再生的,泰利能源通过硅藻的养殖,可以获取油脂,解决能源枯竭的一些问题。

    这么备受关注的硅藻泥到底有什么过人之处,今天就让我们来深入了解一下~

    硅藻泥&硅藻土

    硅藻泥以硅藻土为主要原材料,是一种天然环保内墙装饰材料。用来替代墙纸和乳胶漆,适用于别墅、公寓、酒店、家居、医院等内墙装饰。

    硅藻土是硅藻沉积并经亿万年的矿化后形成硅藻矿物,其主要成分为蛋白石,质地轻柔、多孔。电子显微镜显示,硅藻矿物是一种纳米级的多孔材料(微孔直径约0.1-0.2微米),孔隙率高达90%,规则、整齐地排列成圆形和针形,其单位面积上的微细孔数量比木炭还要多出数千倍。这种突出的分子晶格结构特征,决定硅藻矿物具有极强的物理吸附性能和离子交换性能。

    硅藻泥发展历程

    硅藻泥最初源自二十世纪七、八十年代的硅藻土壁材,2008年在中国快速崛起被称为硅藻泥,至今约40年左右。在这40年里,硅藻泥大致经历了三个时代。

    第一个青铜时代:硅藻土壁材诞生

    从上世纪七、八十年代至2008年,近30余年时间,硅藻土壁材从诞生、生存到初步发展。硅藻土壁材拥有类似蜂窝状、活性炭式结构的大量微孔,可以呼吸调湿,净化空气,俗称"会呼吸的墙",深得饱受闷热潮湿困扰的民众喜爱。

    第二个白银时代:催化应用探索

    从2008年到2013年,不到5年的时间,硅藻泥企业依靠原材料,在中国快速崛起,以其生态环保、防潮防霉的产品优势,不断获得消费者认可,拉开了硅藻泥向全国发展的序幕。

    第三个黄金时代:硅藻泥全面普及

    2013年至今的10年,在硅藻泥研发技术不断完善与提升的过程中,越来越多的试点性工程及个人消费者选择使用硅藻泥产品。

    说了这么多硅藻泥的相关历史,那这次的硅藻新材料还有什么其他特性,是不是只应用于装修产业呢?

    目前硅藻新材料在装修产业也有大的发展,但它的应用远远不止于此,在其他领域也有突出贡献的,比如锂离子电池、超疏水涂层等。

    锂离子电池

    硅藻新材料能够在今天的材料世界中崭露头角,说明其本身就有着很多被人们所需要的优点。材料的运用与发展往往会带来一些环境上的问题,这也一直困扰着科学家们。然而硅藻材料的根本来源是硅藻矿等纯天然材料,不含有任何对人体有害的物质,有着绝对的环保性。所以在安全层面,硅藻材料绝对是佼佼者。

    耐高温性也是硅藻材料的绝对优势。根据实验发现,有些硅藻材料的耐高温度甚至可以达到1300°C,可以满足一些高温环境的特殊需要。就算是不幸燃烧也不会产生有毒物质。

    除此之外,硅藻材料还具有使用寿命较长,热传导率低等诸多优点。这些都可以满足我们生活上和前沿科技上的需求。

    针对硅藻材料的结构和优势我们可以将该材料运用到很多方面。今天的交通确实比以前发达了不少,也处在一个蒸蒸日上的趋势。但是交通工具在带来方便的同时问题也随之而来,其中非常严重的就是环境问题。为了应对能源危机和大气污染,我国近些年从未停止过对新能源汽车的研究。新能源汽车相比传统汽车来说,对环境的污染可以说是微乎其微的。但想让这个庞然大物在路上飞车并不容易,其核心技术就在于续航。传统电池根本无法提供所需要的能量,所以专家们几把目光放到了电池新星——锂离子电池上。

    而硅藻新材料在锂离子电池的世界中可以说是如鱼得水。其具有多级多孔结构和碳化层,如果将其作为锂电池的负极材料则会大大提高电池的各项性能。根据今年的新闻发布会得知杨晓晶教授及航天五院崔方明、张策研究院团队课题组已经成功研发了比容量超过900mAh/g的硅藻壳负极材料-SiO2@C负极材料。这对进一步解决新能源汽车续航问题做出了巨大贡献。

    除了续航以外,新能源汽车对电池的其他要求也非常苛刻,比如说体积方面。为了使用方便,新能源汽车的电池当然是越小越好。为了使电池拥有更好的性能和更小的体积,硅藻材料再一次进入了人们的视线。硅藻壳SiO2@C负极材料具有超薄的厚度,约15纳米,纳米孔道直径约22纳米,且孔道丰富分布均匀,这种微观结构有效缓冲了氧化硅负极材料在充放电过程中的体积膨胀,能够保持高比容量和长循环寿命,这使得锂电池的高容量能够真正实现工业应用。

    ● 超疏水涂层

    随着信息化时代的到来,5G成为了各个大国所研发的重要对象。但相比4G,5G的提升并不是简单的基站增多,而是一种全新的技术提升。所以5G也成为了下一步高精确度高产能的人工智能的基础。5G肩负着这么多高精尖的使命,那它对相应环境的要求也就会很高。那么硅藻材料能不能起到作用呢?当然可以,而且已经初步实现了。目前国内已经研发出了反应器硅藻壳涂层,这是一种基于硅藻壳材料特性开发了一种具有表面微纳结构的超疏水涂层,可使材料表面接触角达到150°以上,该涂层具有极强的耐摩擦、耐刮擦及耐腐蚀等性能,并可进行大规模制备。由于该涂层的优越性能,航空航天,海洋探测等方面也有一片硅藻新材料的天地。

    当然,除了在上述的这些高精尖方面,生活中我们也同样用得到硅藻材料。在建筑方面我们一般会用硅藻泥来装修房子。由于硅藻泥自身的分子多孔结构,因此具有很强的降低噪音功能,可以有效的吸收对人体有害的高频音段,并衰减低频噪功能。其功效相当于同等厚度的水泥砂浆和石板的2倍以上,同时能够缩短50%的余响时间,大幅度的减少了噪音对人身的危害。而且硅藻泥独具的"分子筛"结构,在接触到空气中的水分后会产生"瀑布效应",从而不断的释放出对人体有益的负氧离子。

    硅藻泥分子筛示意图

    由此看来硅藻材料还真是一种"上有君临天下之气,下有儒雅谦卑之息的"的好材料啊。

    不过一个材料无论又再多得优点也掩盖不了自己得不足之处。硅藻材料又有着哪些缺点呢?虽然硅藻新材料有着不容易沾染灰尘的优点,但是一旦沾上了就很难清理干净,而精密仪器的保存又有不得半点马虎,所以这也就大幅提高了其储存的环境要求。

    未来展望

    虽然硅藻泥在高精尖方面有所贡献,但其主要还是用于装修产业。以下总结了几个突出优点。

    1、更符合审美,精致装修

    时下的装修,再不是单一的装修,讲求定制、多元、功能、精致、艺术等等关键词,而产品的个性化路线是比较受欢迎的关键词。硅藻泥的材质、功能、施工工艺共同造就了完全契合当下消费观的壁材产品。而即使经过近十年的发展,硅藻泥的可塑性仍然没有被完全发掘,未来仍有更广阔的艺术性等待研究。在未来的十年,硅藻泥仍是发展的十年,造就更艺术的墙面,是硅藻泥行业的共同追求。

    2、低碳环保

    硅藻泥的无机结构、天然原材料、先进的加工工艺,造就了无毒无害的壁材涂料。选择硅藻泥装修,可以达到"即装即住"的要求,没有有害物质,也杜绝了家装污染。硅藻泥因其环保性与国家提倡的低碳环保理念不谋而合,得到了国家的大力支持,市场前景可谓前途无限。

    3、性价比高

    硅藻泥据其特殊的内部结构,实现室内空气的净化,湿度的调节,为消费者创造更优的生活空间。又因其无机材料的组成,不易发霉,寿命高达20多年,性价比大大提升。

    所以综上所述,随着经济文化展,人们环保意识加强,特别是此次疫情的爆发,人们渴望健康的需求强烈,对居住环保更是有了更高的要求,而硅藻泥就十分符合大众的要求。硅藻泥是当下销售最火的壁材,这一点毋庸置疑。因此,很多厂商如雨后春笋般,经销商的加盟也非常火热。硅藻泥经过这近十年的发展,已经形成了完整的稳定的服务链。对于未来,硅藻泥行业一定会长足发展,短时间内不可替代。#科普#

    参考文献

    1、"硅藻新材料研究成果发布会"

    2、《硅藻泥建筑材料的应用》--知网

    3、《5G网络的发展》--知网

    4、《锂电池内部构造的研究——简略版》--百度百科

    5、《普通化学——第六版》

    6、《硅藻泥未来前景怎么样?》

    7、硅藻土--百度百科

    8、《硅藻泥的发展历程》

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