气凝胶晶体结构与特性

浏览次数: 日期:2017-03-27

二氧化硅气凝胶最突出的特性之一是导热系数很低,在真空环境中,其导热系数更低。在上世纪30年代,隔热保温还没有得到人们的重视,也没有人追求在隔热保温领域使用气凝胶。在80年代,随着人们逐步关注能效,气凝胶技术开始被重视。因其出色的隔热保温性能和环保的生产方法,二氧化硅气凝胶比传统材料更具优势。然而,对于某些对成本很敏感的行业来说,比如住宅建筑,该材料的生产成本太高了。

热能穿透保温隔热材料进行传递的途径有三个:固体传导、空气对流和辐射导热。这三者决定了材料的导热系数。其中,固体传导是材料的基本特性。密度高的二氧化硅,固体导热率也高。玻璃窗可以传递大量的热能,然而,二氧化硅气凝胶的二氧化硅固体颗粒含量非常小,它们连接成三维空间网状结构,并有许多终点。这使得热能在二氧化硅气凝胶的固体中传导要经过间接的路径,并且效率低下。除真空密封之外,固体二氧化硅没有覆盖的空间填充的都是空气,这些气体通过气凝胶传递热能。红外辐射传导是热能透过二氧化硅气凝胶传递的最后一个途径。气凝胶用于保温隔热的优势之一是其透明性,使其可以用于窗户和天光板中,但在红外环境下,气凝胶是透明的。低温时,热能通过辐射传导较少,但在高温条件下,辐射导热就成为主要的导热方式。很难去计算以上三个途径传递的热能总量,因为三者间是相互关联的。比如,红外吸收率的改变会影响固体导热率。比起预测改变一个传热途径所带来的影响,计算传递的热量总量要容易得多。

没有更多的办法去降低通过二氧化硅气凝胶固体部分的热量,除非减低它的密度,也就是减少它的固体含量,但这样会影响它的物理性能,使其更脆弱易碎。随着温度升高,辐射导热会更厉害。如果气凝胶的使用温度高于200,那么必须要抑制辐射传导。通过在气凝胶中添加一些成分可以达到这个目的,这些添加物必须能吸收或分散红外辐射。碳元素就可以很好地吸收红外辐射,而且还可以增强气凝胶的物理强度。

二氧化硅气凝胶是目前世界上所知的最轻的固体,拥有最好的保温隔热性能,因而气凝胶可以应用于许多领域。在不远的将来,气凝胶也许可以为千家万户保温隔热。

 

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