1定義及簡介

       早在1992年,美國學者Hunt A J等在國際材料工程大會上就提出了超級絕熱(Super insulation)材料的概念。在此之後,很多學者都陸續使用了超級絕熱材料的概念。一般認為超級絕熱材料是指在預定的使用條件下,其導熱係數低於「無對流空氣」導熱係數的絕熱材料。根據其特點超級絕熱材料一般是納米孔超級絕熱材料。最典型的納米孔超級絕熱材料就是氣凝膠。

2特點

      納米孔超級絕熱材料應同時具備以下幾個特徵:
1)材料內幾乎所有的孔隙都應在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於100 nm時,才算進入了納米材料的範疇。
2)材料內大部分(80%以上)的氣孔尺寸都應<50nm
根據分子運動及碰撞理論,氣體的熱量傳遞主要是通過高溫側的較高速度的分子與低溫側的較低速度的分子相互碰撞來進行的,由於空氣中主要成分氮氣和氧氣的自由程均在70 nm左右,納米孔硅質絕熱材料中SiO2微粒構成的微孔尺寸小於這一臨界尺寸時,材料內部就消除了對流,從本質上切斷了氣體分子的熱傳導,從而可獲得比「無對流空氣更低的導熱係數。
3)材料應具有很低的體積密度
       4)材料在常溫和設定的使用溫度下,都應該有比「無對流空氣」更低的導熱係數。
導熱係數是衡量絕熱材料性能優劣的主要指標。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。處於靜止狀態的空氣及大部分氣體的導熱係數都很低,但是由於它們的對流性能,以及對紅外輻射的透明性,決定了它們無法單獨用作絕熱材料。為此,需要採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熱係數。因而,為了最大限度降低固體材料的熱傳導,作為氣體屏障的固體薄壁應盡量地薄。同時,設想將固體間空隙的大小限定到納米數量級,則氣體的傳導及對流將基本得到控制,這類絕熱材料的導熱係數將低於靜止的空氣。
5)材料還應具有較好的耐高溫性能。

3超級絕熱材料應用

(1)太陽能熱水器
在民用領域,太陽能熱水器及其他集熱裝置的高效保溫成了能否進一步提高太陽能裝置的能源利用率
和進一步提高其實用性的關鍵因素。將納米孔超級絕熱材料應用於熱水器的儲水箱、管道和集熱器,將比現
有太陽能熱水器的集熱效率提高1倍以上,而熱損失下降到現有水平的30%以下。
(2)熱電池上的應用
        可延長熱電池的工作壽命,防止生成的熱影響熱電池周圍的元器件。
(3)軍事及航天領域
與傳統絕熱材料相比,超級絕熱材料可以用更輕的質量、更小的體積達到等效的隔熱效果。這一特點使其在航空、航天應用領域具有舉足輕重的優勢。如果用作航空發動機的隔熱材料,既起到了極好的隔熱作用,又減輕了發動機的重量。作為外太空探險工具和交通工具上的超級絕熱材料也有很好的應用前景。
(4)工業及建築絕熱領域
在工業及民用領域納米孔超級絕熱材料有著廣泛和極具潛力的應用價值。首先,在電力、石化、化工、冶
金、建材行業以及其他工業領域,熱工設備普遍存在。工業節能中,納米孔超級絕熱材料也起著非常重要的
作用,其中有些特殊的部位和環境,由於受重量、體積或空間的限制,急需高效的超級絕熱材料。
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