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1、纳米孔绝热材料的绝热机理、性能及应用摘要：工程上将λ<0.23W/m·K的材料称为绝热材料。随着生产生活的不断发展，各行业对绝热材料的性能有了更高的要求。要求更高的绝热，即要降低材料的热导率。影响热传导性能的因素1.温度2.晶体结构3.化学组成4.气孔等因素。近些年来，通过研究，研究出一种新型的绝热材料——纳米孔绝热材料。纳米孔绝热材料具有密度小、导热系数低、耐腐蚀性能好、对红外光反射率强等优良性能。被人们广泛认可，应用前景广泛。关键词：纳米孔绝热材料导热系数绝热机理应用引言：随着社会的发展、人类的进步，尽可能减少能源的消耗、增加能源的
2、利用率的一系列节约能源的行为已成为当今世界的一种重要社会活动。在许多行业中，都需要一种能降低能源的、性能高的绝热材料。纳米孔绝热材料现在被广泛关注，它以其优良的性能受到广泛认可。纳米孔绝热材料是建立在低密度和超级细孔（小于50nm）结构基础上的，其导热系数可低于静止空气的导热系数。它的结构决定了其优良的性能，应用广泛，前景光明。1.纳米孔绝热材料的绝热机理绝热材料的优良性能主要体现在其绝热能力上，即要求材料的热导率要小。影响热传导性能的因素1.温度2.晶体结构3.化学组成4.气孔等因素。这些影响因素是对热导率的大小的本质影响因素。绝大部
3、分绝热材料的传热主要有以下四个部分构成的:(1)气体分子的热传导,Qg;(2)气体的对流传热,Qc;(3)固体材料的热传导,Qs;(4)红外辐射传热,Qr。因此总传热量为:Q=Qg+Qc+Qs+Qr相应地,总的表观热导率为:λ=λg+λc+λs+λr因此降低材料的热导率可以从上述4个方面入手。。纳米孔硅质绝热材料在这四个方面均有本质改善。1)气体分子热传导的控制根据分子运动及碰撞理论,气体热量的传递主要是通过高温侧的较高速度的分子向低温侧的较低速度分子相互碰撞,逐级传递能量。为了有效阻止这一过程发生,可以设想在温度梯度方向上建立一系列固
4、体薄壁屏障,并使屏障间的距离小于气体分子的平均自由程。这样,气体分子将直接与屏障发生弹性碰撞而保留自己的速度与能量,无法参与热传递。通常,气体分子的平均自由程长度一般均在纳米级范围内,例如,0℃时空气分子的平均自由程为60nm,所以可以称之为纳米孔。纳米孔硅质绝热材料中的二氧化硅微粒构架成的微孔尺寸均小于这一临界尺寸,由此从本质上切断了气体分子的热传导。 2)气体对流传热只要包围气体的微孔足够小,气体就无法进行对流传热,纳米级孔就可有效地控制气体的对流。通常温度愈高,微孔内的温度梯度愈陡,则阻断对流传热所需的临界孔径就愈小,因此对于纳米
5、孔绝热材料,λc=0。以上2个方面，从影响材料热导率的本质因素上来说，其实就是气孔对热导率的影响。气孔的孔径越小，热导率越低。3)固体材料的热传导方面为了最大限度地降低固体材料的热传导,作为气体屏障的固体薄壁应尽量地薄。按直径60nm的薄壁球形作为理论计算模型,如果将固体体积百分比控制在5%,那么,球形薄壁的厚度应控制在2nm左右。硅质气凝胶就基本接近于这一理论模型。而且值得一提的是,据测定,硅质气凝胶的固体热传导率比其在玻璃态时要低2～3个数量级。因此硅质气凝胶固体本身也具有极低的热传导。以我的看法，其影响热导率的因素还是气孔因素，气
6、孔率越大，热导率越低。上面要求的固体体积的百分比即从侧面说明要求材料的气孔率要大。同时化学组成成分和显微结构也对其起到作用，即硅质气凝胶的化学组成以及显微结构。4)红外辐射传热绝大多数传统绝热材料均对红外光具有良好的透明性,当冷、热面温差在100℃以上时,这种传热将占主导地位。而且随着温度的提高,这种趋势将更为显著(根据玻耳兹曼定律,红外辐射传热量随温度的四次方增长),因此绝大多数绝热材料的热导率—温度曲线随着温差的升高,曲线斜率愈来愈陡。对于硅质气凝胶,红外光与可见光的比湮灭数可达100以上,对光的折射率也接近于1,因此,在常温下硅质
7、气凝胶具有较好的透光性,对红外光有较好的遮蔽作用,具有明显的透明绝热材料特点(透光而不透热)。但是硅质气凝胶对高温近红外热辐射具有较好的透明性,所以为了降低材料的辐射传热,就需进行遮蔽红外辐射的改性。以我的看法，其影响材料热导率的原因在于温度对热导率的影响。综上所述,不论如何，影响材料热导率的本质因素是一定的，不管用什么方法改变其材料的热导率，都是从这几个方面进行的。纳米孔硅质绝热材料独特的结构及性能,使其组成表观导热系数的4个分项导热系数的值均降到了很低的水平。所以,纳米孔硅质绝热材料在其使用温度范围内均具有优异的绝热性能。2.纳米孔
8、绝热材料性能：2.1非常低的导热系数 2.2加热线收缩率加热线收缩率也是衡量绝热产品最高使用温度的重要指标。纳米孔硅质绝热产品的加热线收缩率在高温下趋稳的时间相对较长。2.3应力腐蚀效应绝热材料在与奥氏体不
