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武漢氣凝膠的超級絕熱原理

文章出處:本站    人氣:52630    發(fā)表時間:2018-07-20 09:27:07

氣凝膠何以成為超級熱材料?我們先來看看氣凝膠的超級熱原理。

圖 8 熱量傳遞的三種基本方式

熱量有三種基本傳遞方式:傳導(dǎo)、對流和輻射。對于保溫材料而言,熱傳導(dǎo)主要由保溫材料中的固體部分來完成;熱對流則主要由保溫材料中的氣體來完成;熱輻射的傳遞不需要任何介質(zhì)。

1992年,美國召開的國際材料工程大會上提出了超級熱材料的概念,指在預(yù)定的使用條件下,其導(dǎo)熱系數(shù)低于"無對流空氣"導(dǎo)熱系數(shù)的熱材料。具有納米孔結(jié)構(gòu)的氣凝膠就是典型超級熱材料。

圖 9 氣凝膠與傳統(tǒng)熱材料導(dǎo)熱系數(shù)對比

氣凝膠的超級熱性能基于以下原理:

 “無窮長路徑”效應(yīng):由于近于無窮多納米孔的存在,熱流在固體中傳遞時就只能沿著氣孔壁傳遞,近于無窮多的氣孔壁構(gòu)成了近于“無窮長路徑”效應(yīng),使得固體熱傳導(dǎo)的能力下降到接近低限。

“零對流”效應(yīng):當(dāng)氣凝膠材料中的氣孔直徑小于70nm時,氣孔內(nèi)的空氣分子就失去了自由流動的能力,相對地附著在氣孔壁上,這時材料處于近似真空狀態(tài),即產(chǎn)生“零對流”效應(yīng)。

“無窮多遮熱板”的效應(yīng):由于材料內(nèi)的氣孔均為納米級氣孔再加材料本身低的體積密度,使材料內(nèi)部氣孔壁數(shù)日趨于“無窮多”,對于每個氣孔壁來說都具有遮熱板的作用,因而產(chǎn)生近于“無窮多遮熱板”的效應(yīng),從而使輻射傳熱下降到近乎低限。不過在400℃以上高溫下使用時,仍然需要加入遮光劑來增強氣凝膠對高溫紅外線的輻射的抵抗。

氣凝膠氈


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