納米孔超級絕熱材料應(yīng)同時(shí)具備以下幾個(gè)特征:
1)材料內(nèi)幾乎所有的孔隙都應(yīng)在100 nm以下。在絕熱材料中氣孔尺寸是絕熱性能的最主要因素,因此,只有絕熱材料中的絕大部分氣孔尺寸小于100 nm時(shí),才算進(jìn)入了納米材料的范疇。
2)材料內(nèi)大部分(80%以上)的氣孔尺寸都應(yīng)<50nm。
根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)及碰撞理論,氣體的熱量傳遞主要是通過高溫側(cè)的較高速度的分子與低溫側(cè)的較低速度的分子相互碰撞來進(jìn)行的,由于空氣中主要成分氮?dú)夂脱鯕獾淖杂沙叹?0 nm左右,納米孔硅質(zhì)絕熱材料中SiO2微粒構(gòu)成的微孔尺寸小于這一臨界尺寸時(shí),材料內(nèi)部就消除了對流,從本質(zhì)上切斷了氣體分子的熱傳導(dǎo),從而可獲得比“無對流空氣更低的導(dǎo)熱系數(shù)。
3)材料應(yīng)具有很低的體積密度。
4)材料在常溫和設(shè)定的使用溫度下,都應(yīng)該有比“無對流空氣”更低的導(dǎo)熱系數(shù)。
導(dǎo)熱系數(shù)是衡量絕熱材料性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。目前,超級絕熱材料主要有真空絕熱材料和納米孔材料2種。處于靜止?fàn)顟B(tài)的空氣及大部分氣體的導(dǎo)熱系數(shù)都很低,但是由于它們的對流性能,以及對紅外輻射的透明性,決定了它們無法單獨(dú)用作絕熱材料。為此,需要采用一些固體材料來限制它們的對流性能及透紅外線性能。但是,幾乎所有的固體材料都具有比靜止空氣大得多的導(dǎo)熱系數(shù)。因而,為了最大限度降低固體材料的熱傳導(dǎo),作為氣體屏障的固體薄壁應(yīng)盡量地薄。同時(shí),設(shè)想將固體間空隙的大小限定到納米數(shù)量級,則氣體的傳導(dǎo)及對流將基本得到控制,這類絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)將低于靜止的空氣。
5)材料還應(yīng)具有較好的耐高溫性能。
1992年,美國學(xué)者Hunt A J等在國際材料工程大會(huì)上提出了超級絕熱材料的概念。
(1)太陽能熱水器
(2)熱電池上的應(yīng)用
(3)軍事及航天領(lǐng)域
(4)工業(yè)及建筑絕熱領(lǐng)域
傳統(tǒng)絕熱材料,如玻璃纖維、石棉、巖棉、礦渣棉、硅酸鹽、硅藻土、膨脹蛭石、膨脹珍珠巖、發(fā)泡粘土、輕質(zhì)混凝土、微孔硅酸鈣、泡沫玻璃、陶瓷纖維、吸熱玻璃、熱反射玻璃、中空玻璃等。新型絕熱材料,如氣凝膠氈、真...
1》電熱材料:電熱線(電阻線)、電熱管、電熱板等。2》絕熱材料:玻璃纖維、石棉、巖棉、礦渣棉、硅酸鹽、硅藻土、膨脹蛭石、膨脹珍珠巖、發(fā)泡粘土、輕質(zhì)混凝土、微孔硅酸鈣、泡沫玻璃、陶瓷纖維、吸熱玻璃、熱反...
絕熱材料是指用于建筑圍護(hù)或者熱工設(shè)備、阻抗熱流傳遞的材料或者材料復(fù)合體,既絕熱材料:包括保溫材料,也包括保冷材料。絕熱材料一方面滿足了建筑空間或熱工設(shè)備的熱環(huán)境,另一方面也節(jié)約了能源。因此,有些國家將...
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起綴絕熱建樹具有優(yōu)良的絕熱性能,克服了傳統(tǒng)絕熟材耕的一些缺點(diǎn),在建筑領(lǐng)域有很好 ‘:
納米孔超級絕熱材料的氣孔尺寸小于空氣平均分子自由程(≤70nm)的,常見的是二氧化硅氣凝膠材料以及納米微孔佑熱板。
納米孔超級絕熱材料概念于20世紀(jì)60年代提出,2005年已成為國際保溫材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),納米孔超級絕熱材料的氣孔尺寸小于空氣平均分子自由程(≤70nm)且具有很低的體積密度,材料在常溫和設(shè)定的溫度下有比空氣更低的絕熱系數(shù)。隨著絕熱材料研究的不斷深入,在保持材料原有的熱學(xué)性能的前提下,納米孔絕熱材料的研究也不斷向?qū)嵱眯团c工程化方向發(fā)展。根據(jù)熱學(xué)原理及材料原理生產(chǎn)的超級絕熱材料,可廣泛應(yīng)用于各種高溫設(shè)備上,其性能價(jià)格均比國外產(chǎn)品占據(jù)優(yōu)勢,實(shí)屬高科技產(chǎn)品。該產(chǎn)品是利用納米孔材料解決對流傳熱的問題,使對流傳熱降最低。依最小的材料粒徑將熱傳導(dǎo)系數(shù)控制到極限再增加結(jié)合劑。從而使該產(chǎn)品達(dá)到比空氣導(dǎo)熱系數(shù)還小的納米超級絕熱材料。
納米結(jié)構(gòu)超級絕熱材料在高溫工業(yè)、國防和航空航天等領(lǐng)域有重要潛在應(yīng)用價(jià)值。本研究以超級絕熱材料細(xì)微結(jié)構(gòu)特征的描述和單元結(jié)構(gòu)的傳熱分析為突破口,揭示材料的微觀結(jié)構(gòu)與材料熱物性的關(guān)聯(lián)關(guān)系,提出超級絕熱材料熱設(shè)計(jì)的原理和方法。研究思路新穎、突出了問題的物理本質(zhì),方法具有一般性,對節(jié)能、環(huán)保、納米材料應(yīng)用都有重大意義。
批準(zhǔn)號(hào) |
50276003 |
項(xiàng)目名稱 |
納米結(jié)構(gòu)超級絕熱材料的熱物性和熱設(shè)計(jì) |
項(xiàng)目類別 |
面上項(xiàng)目 |
申請代碼 |
E0606 |
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 |
張欣欣 |
負(fù)責(zé)人職稱 |
教授 |
依托單位 |
北京科技大學(xué) |
研究期限 |
2003-01-01 至 2005-12-31 |
支持經(jīng)費(fèi) |
27(萬元) |