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二氧化硅氣凝膠的熱學(xué)特性及其應(yīng)用二氧化硅氣凝膠的熱學(xué)特性及其應(yīng)用 二氧化硅氣凝膠的熱學(xué)特性及其應(yīng)用_二氧化硅氣凝膠是一種合成的無定形硅膠，與結(jié)晶硅膠顯著不同。硅膠分子由一個(gè)硅原子和兩個(gè)氧原子構(gòu)成。如下圖所示，硅膠有兩種基本形式：無定形硅膠和結(jié)晶硅膠。如果硅膠分子排列整齊并且形成可重復(fù)樣式，則為結(jié)晶硅膠。如果硅膠分子排列不整齊，則為無定形硅膠。 二氧化硅氣凝膠又被稱作藍(lán)煙、固體煙，是目前已知的輕的固體材料，也是迄今為止保溫性能好的材料。因其具有納米多孔結(jié)構(gòu)（1~100nm）、低密度（3~250kg/m3）、低介電常數(shù)（1.1~2.5）、低導(dǎo)熱系數(shù)（0.013~0.025W/(m•k)）、高孔隙率（80~99.8%）、高比表面積（500~1000m2/g）等特點(diǎn)，在力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等諸方面顯示出獨(dú)特性質(zhì)，在航天、軍事、石油、化工、礦產(chǎn)、通訊、醫(yī)用、建材、電子、冶金等眾多領(lǐng)域有著廣泛而巨大的應(yīng)用價(jià)值，被稱為改變世界的神奇材料。 二氧化硅氣凝膠 一、熱學(xué)特性及其應(yīng)用 1、二氧化硅氣凝膠熱學(xué)特性 氣凝膠的納米多孔結(jié)構(gòu)使它具有極佳的絕熱性能，其熱導(dǎo)率甚至比空氣還要低，空氣在常溫真空狀態(tài)下的熱導(dǎo)率為0.026W/(mk)，而氣凝膠在常溫常壓下的熱導(dǎo)率一般小于0.020W/(mk)，在抽真空的狀態(tài)下，熱導(dǎo)率可低至0.004W/(mk)。氣凝膠之所以具有如此良好的絕熱特性與它的高孔隙率有關(guān)。熱量的傳導(dǎo)主要通過三種途徑來進(jìn)行，氣體傳導(dǎo)，固體傳導(dǎo)，輻射傳導(dǎo)。在這三種方式中，通過氣體傳導(dǎo)的熱量是很小的，因此大部分氣體都具有非常低的熱導(dǎo)率。常用的絕熱材料都是多孔結(jié)構(gòu)，其正是利用了空氣占據(jù)了固體材料的一部分體積，從而降低了材料整體的熱導(dǎo)率。氣凝膠的孔隙率比普通絕熱材料要大得多，其95%以上都是由空氣構(gòu)成，決定了其將具有與空氣一樣低的熱導(dǎo)率。而且氣凝膠中包含大量孔徑小于70nm的孔，70nm是空氣中主要成分氮?dú)夂脱鯕獾淖杂沙蹋怏w分子兩次碰撞之間的時(shí)間內(nèi)經(jīng)過的路程的統(tǒng)計(jì)平均值），因此意味著空氣在氣凝膠中將無法實(shí)現(xiàn)對(duì)流，使得氣態(tài)熱導(dǎo)率進(jìn)一步降低。氣凝膠中含量極少的固體骨架也是由納米顆粒組成，其接觸面積非常小，使得氣凝膠同樣具有極小的固態(tài)熱導(dǎo)率。氣凝膠的熱輻射傳導(dǎo)主要為發(fā)生在3-5um區(qū)域內(nèi)的紅外熱輻射，其在常溫下能夠有效的阻擋紅外熱輻射，但隨著溫度的升高，紅外熱輻射透過性增強(qiáng)。為了進(jìn)一步降低高溫紅外熱輻射，通常向氣凝膠中加入遮光劑，如碳黑、二氧化鈦等，遮光劑的使用能夠大大降低高溫下的紅外熱輻射。 |
