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你知道隔热王吗

2023-12-04 11:40:30

 海南隔热材料

气凝胶简介

在20世纪30年代被发明至今,气凝胶已经创下了15项目“吉尼斯世界记录、”凭借极轻、隔热、最 低介电常数等硬实力被誉为“改变世界的十大神奇材料”之一。气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成纳米多孔网络结构, 并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料。气凝胶是世界上最轻的固体,也称为“固体烟”。在三十年代初斯坦福大学Samuel S.Kistler就已经通过水解水玻璃的方法制得了SiO2气凝胶。


1. 气凝胶的分类

根据气凝胶的骨架组成物质将其分为三类:无机气凝胶,主要类型有硅气凝胶和金属氧化物气凝胶;有机气凝胶,该类型使用的前躯体多为间苯二酚-甲醛;碳气凝胶,在惰性气氛和高温的条件下,碳化有机气凝胶只保留碳骨架结构。气凝胶复合材料简单易懂来说是气凝胶+复合结构材料通过工艺变成气凝胶复合材料。根据材料的维度可分为一维、二维、三维等,如下图所示。


2. 气凝胶的特点

(1)惊人的表面积:尽管气凝胶属于一种固体,但这种物质99%是由气体构成,这使得它外观看起来像云一样。科学家们表示,因为它有数百万小孔和褶皱,如果把1立方厘米的气凝胶表面积统计起来,它有一个有足球场这么大;


(2)高的比强度:2.801 g的气凝胶承受10000 g的压力,经过几小时后没有任何的破坏;

气凝胶制备方法


气凝胶的制备通常由两个过程构成, 即溶胶-凝胶过程和干燥。迄今为止已经研制出的气凝胶有数十种, 它们分为单组分气凝胶如SiO2、Al2O3、V2O5、TiO2等, 多组分气凝胶如Al2O3/SiO2、TiO2/SiO2、Fe/SiO2、Pt/TiO2、(C60/C70)-SiO2、CaO/MgO/SiO2等, 有机气凝胶如RF、MF等和碳气凝胶。


3.气凝胶隔热原理


二氧化硅气凝胶是迄今为止保温性能最 好的材料。热的传递有三种方式:热对流、热传导、热辐射。最 好的保温绝热材料需要是木桶型的。尽管空气的热导率很低,但是我们能在一定距离内感受到空调、火炉的温度,是因为空气热传导和热辐射的存在。而气凝胶凭借极低的体积密度及纳米网格结构的弯曲路径阻止了气态和固态热传导的同时,由于其孔径尺寸低于常压下空气分子平均自由程,气凝胶空隙中的空气分子近似静止,从而空气的对流传热得到限制,趋于“无穷多”的空隙壁使热辐射降至最 低。气凝胶完美对抗了三种热的传递方式,导热系数甚至达到 0.013W/m.K 以下,比常温下静态空气 0.025 W/m.K 还低,因此是迄今为止最完美的隔热材料。


1 “无穷长路径”效应

几乎无穷多的纳米孔让热流在固体中传递时只能沿着气孔壁传递,近于无穷多的气孔壁构成了近于“无穷长路径”效应,使得固体热传导的能力下降到接近最 低极限。


2 “零对流”效应

当气凝胶材料中的气孔直径小于 70nm 时,气孔内的空气分子就失去了自由流动的能力,相对地附着在气孔壁上,这时材料处于近似真空状态。


3 “无穷多遮热板”效应

材料内部气孔壁数日趋于“无穷多”,对于每一个气孔壁来说都具有遮热板的作用,从而使辐射传热下降到近乎最 低极限。另外在 400℃以上使用时,需要加入遮光剂来增强气凝胶对高温红外线辐射的抵抗。



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