二氧化硅气凝胶复合材料，它是颜值最高的粉体材料，如今引领隔热新方向！ i
文章来源：贤集网 更新时间：2023-08-02 15:31:43
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气凝胶是一类纳米多孔材料的统称，通常衍生自湿凝胶，其骨架是由纳米粒子构成的三维网络结构，结构中充满了气体分散介质。其特殊的纳米多孔结构使其具有独特的热学、光学、声学以及电学性能。创下15项吉尼斯世界纪录，曾被科学杂志誉为能“改变世界的神奇材料”。 气凝胶的种类很多，有硅系、碳系、硫系、金属氧化物系、金属系等，其中二氧化硅气凝胶是应用最广，产业化最成熟的一种气凝胶，它也称“冻结的烟”或“蓝烟” 是世界上最轻的固体物质材料。是目前隔热领域研究最多也是较为成熟的一种耐高温气凝胶。 什么是二氧化硅气凝胶？ 二氧化硅(si0z）气凝胶是高温隔热气;凝胶中研究最早，研究也相对更成熟的一种气凝胶。二氧化硅气凝胶被称为“蓝色的烟”，可以说是粉体材料中颜值较高的材料。它是一种以气体为分散介质的疑胶材料，是由胶体粒子相互聚结构成的一种结构可控的轻质纳米多孔固态材料，具有连续的三维网络结构，其固体相和孔隙结构均为纳米量级，孔隙率可高达80%~99.8%，比表面积可至1000m2/g以上，密度低达3kg/m3，是目前密度最小、隔热性能最好的固态材料。 二氧化硅气凝胶复合材料介绍 二氧化硅气凝胶复合材料是一种由二氧化硅气凝胶和其他物质组成的复合材料，二氧化硅气凝胶是一种超轻、多孔且高比表面积的材料，具有优异的绝热性能、吸附性能和机械强度，它由无定形二氧化硅结构的凝胶形成，通过去除溶剂或超临界干燥得到。 在制备二氧化硅气凝胶复合材料时，常常将二氧化硅气凝胶与其他材料进行混合，形成复合结构，这些其他材料可以是有机聚合物、金属氧化物、碳纳米管等，通过与二氧化硅气凝胶的复合，可以改变其性能和应用范围。 二氧化硅气凝胶复合材料的优点 二氧化硅气凝胶复合材料具有多种优点，首先，它具有极低的密度和高比表面积，使得它具有良好的绝热性能和吸附性能， 其次由于二氧化硅气凝胶具有高度连通的多孔结构，它能够提供有效的支撑，并增强复合材料的机械强度和刚性，此外，二氧化硅气凝胶还具有优异的化学稳定性和耐高温性能。 二氧化硅气凝胶应用场景 工业领域 在工业领域中，电力储能、石油化工等行业凡是需要管道保温或者窑炉保温的部位都需要气凝胶复合绝热材料。 建筑领域 在建筑领域中，建筑外墙保温、内墙保温以及气凝胶玻璃在玻璃幕墙上的应用。 保温和冷链物流领域 在家用电器保温和冷链物流领域中，纳米孔气凝胶复合绝热材料替代传统材料，用作保温层，提高保温效果，增大内部容积。 功能性装备领域 在功能性装备中，使用气凝胶超薄夹层制作出的气凝胶夹克及户外用品，拥有无法比拟的保暖性，真正做到更轻、更薄、更暖! 高速列车上的应用 高速列车因运行环境变化大、时速高、厢体夹层空间狭小，设计时青睐于高性能（如保温隔热、防火防爆、减振吸能、隔音降噪等）材料。二氧化硅气凝胶复合材料具有轻质、绝热、隔音、阻燃、疏水以及环保等优异性能，在未来高速列车车体优化设计中具有广泛的潜在应用价值。目前主要的二氧化硅气凝胶复合制品有绝热板、绝热毡、涂料、膜、颗粒、纸和异形件等。 二氧化硅气凝胶复合涂料通过利用二氧化硅气凝胶不同的特性，并添加颜填料、助剂等使其具备不同的功能。将其涂覆于高速列车车体结构金属板表面，当金属板受到激发而产生弯曲振动时，其振动能迅速传递给紧密贴合的阻尼涂料，阻尼涂料通过内部相应错动和摩擦，使振动能量变为热能而损耗，起到减振降噪的作用。将二氧化硅气凝胶分散在专用高性能树脂乳液中可以制备水性涂料，其性能参数如下：热导率 0. 031 W/(m·K)，密度 120 kg/m3，阻燃性 V0 级，附着力 1. 2 MPa，憎水率不低于 98%。涂料被有效应用在高速列车车体上，可以达到结构减振降噪、隔热和表面防护的目的，实现冬夏季隔热保温，降低空调能耗等作用。图5 是钢结构用气凝胶防火涂料燃烧前后对比。此涂料厚度为3. 0 mm 时，耐火极限时间达2 h（一般防火涂料厚度需要3. 5 mm）；与钢板、铝板等金属材料附着力强，黏结强度大于1. 0 MPa；燃烧后金属板材不变形、不烧蚀，被应用于高速列车的承重钢结构件保护， 可有效阻止火势失控蔓延。 二氧化硅气凝胶复合材料是隔热新方向！ 在建筑领域、和火灾风险场所，可将其应用于阻燃材料和火焰抑制剂，二氧化硅气凝胶复在医疗领域也有广泛的应用潜力，可用于制备生物相容性较好的人工骨骼、组织工程支架和创伤敷料，其高比表面积和吸附性能还使其在药物递送和体内污染物吸附方面有独特优势。 辐射传热对二氧化硅气凝胶复合材料隔热性能的影响 辐射传热是隔热材料中一个重要的传热途径，对二氧化硅气凝胶复合材料的隔热性能有显著影响，下面将解释辐射传热对隔热性能的影响，并介绍二氧化硅气凝胶复合材料在这方面的应用，辐射传热是通过电磁波辐射的形式进行的，无需介质传导和对流，对于隔热材料，辐射传热通常是导致热量传输的主要途径之一。 辐射传热通过热辐射的方式，从辐射源（例如高温表面）向冷却表面传递热量，二氧化硅气凝胶复合材料在辐射传热方面具有显著的隔热性能，其高度多孔的结构和超细纳米孔道使其具有优异的辐射热阻抗能力，由于辐射热通常通过红外辐射传输，纳米级孔隙可以显著散射和反射红外辐射，从而减少热量传递。 二氧化硅气凝胶材料还具有低热辐射率的特点，热辐射率是指物体辐射热能占总热能的比例，辐射率越低，则热能辐射的比例就越小，二氧化硅气凝胶复合材料的低热辐射率可降低热辐射传输，从而提高其隔热性能，这种在辐射传热方面的优异性能使二氧化硅气凝胶复合材料在隔热材料中得到广泛应用。 通过在二氧化硅气凝胶复合材料表面涂覆低辐射率的材料，可以进一步降低热辐射传输，这些表面涂层可以是金属薄膜、纳米颗粒等，能够反射辐射热量，减少热量的吸收和传导，采用多层结构的设计可以增加辐射传热的阻抗，通过在二氧化硅气凝胶复合材料的表面或内部引入具有较低热辐射率的附加层，可以有效地减少热辐射的传输。 通过优化二氧化硅气凝胶复合材料的孔隙结构和孔径分布，可以增加辐射传热的散射和反射效果，从而提高隔热性能，调节材料中的孔隙率、孔隙大小和连通性等因素，可以最大限度地减少热量的辐射传输，隔热材料的性能不仅受辐射传热影响，还受到其他传热途径（如导热和对流）的影响。 通过将高熔点的材料注入二氧化硅气凝胶中，形成具有良好隔热性能的复合结构，这种熔融注浆技术可以有效地减少辐射传热的效果，提高材料的隔热性能 不同方法和技术的选择取决于特定应用的要求和目标，在实际设计和应用中，需要综合考虑材料特性、工艺可行性和成本效益等方面的因素，二氧化硅气凝胶复合材料在辐射传热方面的优异性能使其成为一种非常有利的隔热材料。 通过结合不同的技术和方法，可以进一步提高其隔热性能，满足各种领域中的热管理需求，并促进能源节约和可持续发展。 辐射传热的强度与温度的四次方成正比，因此，随着温度的升高，辐射传热也会增加，在高温环境下，辐射传热可能成为主要的热传递机制，在设计和选择二氧化硅气凝胶复合材料时，需要考虑所处环境的温度范围，以确保其在高温条件下的隔热性能。 热辐射涵盖了广泛的波长范围，可以从短波红外到长波红外，二氧化硅气凝胶复合材料的设计应考虑到这个波长范围，以便有效地散射和反射来自不同波长的辐射热量，除了辐射传热，导热和对流传热也会对二氧化硅气凝胶复合材料的隔热性能产生影响。 因此在设计隔热材料和系统时，需要综合考虑并综合利用这些传热机制，以实现最佳的隔热效果。 湿度和环境因素（如气体组成）可能会对二氧化硅气凝胶复合材料的结构和性能产生影响，湿度可以改变材料的孔隙结构和热传导率，进而影响辐射传热，辐射传热是影响二氧化硅气凝胶复合材料隔热性能的重要因素之一。 综合考虑不同传热机制、温度、辐射波长范围和湿度等因素，在设计和选择二氧化硅气凝胶复合材料时，可实现最佳的隔热效果，满足各领域的热管理需求，二氧化硅气凝胶复合材料的出色隔热性能将在能源节约和可持续发展方面发挥越来越重要的作用。 原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_530502.html 来源：贤集网 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。 |
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