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气凝胶的保温性能
发布时间:2019-05-23

       随着气凝胶的市场越来越景气,由于它有保温的特质所以被应用在很多地方,随之国内也推出了气凝胶防寒服,这无疑又是一个新的突破,都知道用气凝胶保温材料做成这种防寒服可以保暖抗寒,但是气凝胶防寒服的保暖能力从何而来呢?
      在材料学领域有一句经典语录——结构决定性能。气凝胶的显微结构如上图所示,我们可以用几个特征的几何参数来描述气凝胶的结构,例如气孔率,气孔尺寸和纤维直径等等,这几个参数同时也决定了气凝胶保温材料的热传导性能。自然界中的传热方式有三种,热传导,热辐射和热对流。我下面就分别看看气凝胶中这三种传热方式是怎样的。
      首先,热传导主要沿着构成空间网络结构的纤维完成,而气凝胶中的纤维直径通常很细,基本达到百纳米尺度或者更小,传热能力很低;再者,纤维在空间中是任意弯曲堆叠的,进一步延长了传热路径,导致气凝胶的热传导能力接近最低极限。
      其次,热辐射在气凝胶中会受到纤维和气孔之间界面的不断散射,由于气凝胶内的气孔均为纳米孔,并且气孔率极高,相当于在材料中增加了无数的散射中心,限制了辐射自由程,导致气凝胶的热辐射能力接近最低极限。
      最后,由于气凝胶中绝大部分都是空气,因此热对流应该是其传热的主要途径。然而,理论研究表明,当气凝胶中的气孔尺寸小于70nm时,由于空气和纤维之间的相互作用,空气分子失去了自由流动的能力,而是相对的附着在纤维上,导致气凝胶的热对流能力也非常低。而这一点,也是气凝胶防寒服与常规的毛衣,棉衣或是羽绒衣相比最大的优势。传统的防寒服本质上也是疏松多孔的纤维网络结构包裹着空气,但其中的气孔率明显较低,孔径也相对较大,热对流能力明显强于气凝胶防寒服。此外,棉衣或是羽绒衣在被雨雪打湿的时候,棉絮或羽绒组成的空间网络结构被水的重量和表面张力压缩,其中的空气被挤出,保暖能力大幅下降。而经过表面处理过的气凝剂材料则具有一定的疏水性,在雨雪天气仍然可以保持结构和保暖能力。事实上,气凝胶防寒服可以在液氮温度下保持内部温度在室温附近,可以满足宇航员在太空中的保暖需求。
      深圳中凝科技有限公司集气凝胶保温材料及其复合材料应用研发、生产、销售和技术服务为一体的国家高新技术企业,主营气凝胶保温涂料、气凝胶保温材料、气凝胶复合材料、气凝胶毡、气凝胶保温毡、气凝胶隔热毡、气凝胶衣服、汽车隔热材料、航天保温材料等。中凝科技以“科技推动创新,合力节能减排”为使命,坚持气凝胶核心科技在绝热节能、环境净化和日用保温三大领域的应用。