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新型气凝胶材料_隔热原理

日期:2018/7/2 17:46:03

气凝胶材料隔热原理:

 一、热传导的三途径 宏观上讲,热的本质就是大量分子的无规则运动的外在表现,一个物体越热,实际上就是指这个物体的分子运动越激烈。这种运动在气体中就表现为气体分子的自由运动;在液体中就表现为液体分子的成团流动;在固体中就表现为固体分子在一定位置上的振动。归纳起来说,导热一共有三个途径,分别是:热传导、对流和辐射。热传导是由于物体分子的热振动具有相互影响的特性而产生的,其趋势是使整个物体热量处处均匀。对流导热,是由于热的气体或者液体密度较小,在重力作用下冷热液体相对流动而产生的。辐射导热,则是一切温度高于绝对零度的物体都具备的,以电磁波的形式向外导热的方式。为了达到良好的隔热效果,隔热材料必须对上述三个导热的途径加以抑制。

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二、材料隔热原理分析多孔二氧化硅气凝胶复合隔热材料能很好的抑制上述三种热传导的途径。 固体导热能力的大小,从隔热材料的角度来说,仅跟材料本身固有的导热系数,以及材料的密度有关。为了降低材料的密度,一般的隔热材料均采取制造孔隙的办法。多孔二氧化硅气凝胶复合隔热材料,在这一点上做到了极致;该材料的孔隙率占到了整体积的90%以上,因而材料密度极低,仅为水的四分之一左右。 然而,因为大部分隔热材料均含有大量的孔隙,因此孔隙内部所含气体的对流导热,成为一个关键导热途径。据研究,对流导热仅跟气体性质和孔隙大小有关。不同隔热材料用不同办法来降低材料对流导热。例如,聚氨脂发泡材料在孔隙中填充了氟利昂气体,该气体的导热率仅有空气的三分之一,从而获得了优越的隔热性能。但因其能严重破坏臭氧层曾被二氧化碳等替代,然而二氧化碳等作为填充的聚氨脂材料,又会存在导热率高的问题。本材料采取了另一个途径,即减小孔隙直径的办法来降低孔隙中空气的热导率。经过特殊工艺制得的本材料,其中孔隙的平均直径仅为50-60纳米,约为头发直径的千分之一,而空气分子的平均自由程为70纳米左右。在如此之小的空隙中,空气几乎无法流动,从而抑制了空气的对流导热。

此外,由于大量微小孔洞的存在,本材料几乎具有无限多的孔壁,而这些孔壁均可视为辐射的反射面和折射面。一毫米厚度的本材料就含有上万层的反射面和折射面,很好地阻隔了辐射导热。同时为了更好抑制材料的辐射导热,本材料添加了一些纳米级的反辐射物质,可以很好的反射/吸收热辐射。因此对于辐射导热本材料也有很好的抑制作用。气凝胶材料隔热原理。

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标签:新型气凝胶材料隔热原理