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埃尔派知识课堂:二氧化硅气凝胶在隔热领域有哪些应用

2021-04-29
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作者:埃尔派
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在当今节能、降耗、减排的可行性措施中,除高效转化能源、合理开发可再生能源外,提高能源的利用效率也是节能的关键,隔热材料因此得到重视。隔热材料的导热系数极低,可减少热量在产生、输送、储存和使用过程中的损失,因此被广泛应用于建筑、化工、电子、服装、航空航天等领域。...

在当今节能、降耗、减排的可行性措施中,除高效转化能源、合理开发可再生能源外,提高能源的利用效率也是节能的关键,隔热材料因此得到重视。隔热材料的导热系数极低,可减少热量在产生、输送、储存和使用过程中的损失,因此被广泛应用于建筑、化工、电子、服装、航空航天等领域。

二氧化硅气凝胶作为最典型的隔热材料,具有低导热性、折射率、介电常数和高表面积等性能。极低的热导率主要源于其独特的纳米孔和三维网状结构,由于气凝胶的纳米级孔隙与声子的平均自由程相近,当热量经过气凝胶孔隙时,纳米孔会对声子产生严重的散射作用,降低声子的平均自由程,使热量通过气固耦合传热的效率降低。

同时,气凝胶内部的孔隙率可达到90%以上,纳米孔的孔壁不断反射、折射热辐射,使辐射传递的热量不断下降。纳米孔内的气体分子会失去自由流动的能力,使得气孔内部处于真空状态,对流传热的效率接近于零。

隔热玻璃

玻璃幕墙美观,采光性能出色,但吸热和反光的特性会造成建筑物能耗过高。在玻璃幕墙中加入气凝胶可在不影响采光和美观的条件下增强建筑物的隔热保温能力,降低玻璃幕墙建筑物的能耗,有望成为未来节能减排的一大利器。

气凝胶毡

采用纤维增强法制备的复合材料一般称为气凝胶毡,二氧化硅气凝胶毡主要被用于保温隔热建筑方面。与岩棉、砌砖、纤维等传统的墙体保温材料相比,气凝胶毡不仅具有良好的保温性能,且具有相应的机械强度,能够满足墙体保温的隔热和强度要求,将二氧化硅气凝胶毡制成夹心结构可直接应用于外墙体保温。

隔热涂料/薄膜

在涂料方面,有研究者将二氧化硅气凝胶与水性丙烯酸树脂混合制备玻璃用隔热涂料,或用二氧化硅气凝胶与环氧树脂混合制备气凝胶的复合材料。在薄膜方面,有研究者曾制得金属铝膜与二氧化硅气凝胶复合的保温隔热薄膜,使保温隔热效果提高了五倍。

二氧化硅气凝胶是目前隔热性能最好的固态材料,但其存在脆性,应用时一般会采取不同的掺杂方法改进力学性能。研究二氧化硅气凝胶在隔热材料中的应用,对于实现资源和能源的高效利用、节能降耗减排具有非常重要的意义。目前,相关产品的应用已涵盖科研、工业、国防等保温隔热场合,尤其是航空航天和航海领域,此外还可用于民用和工业的多种领域。

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