气凝胶导热系数测量

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      气凝胶,是美国化学家Sterven.S.Kistler在1931年无意中发明的一种物质。由于密度仅为每立方厘米3毫克甚至更低,日前已经作为“世界上密度zui低的固体”正式入选《吉尼斯世界纪录》。这种被称为“固态烟”的固态材料具有非常多的优良性能:它具有纳米结构(孔洞1~100nm,骨架颗粒为1~20nm)、表面积(zui高可达800~1000m 2/g)、高孔洞率(可高达80%~99.8%)等特点。此外,气凝胶具有极低的固态热传导,以及气态热传导,在常温常压下热导率可以低至0.013W/(m•K),是所有固态材料中隔热性能zui好的一种。

        气凝胶的独特结构和特性,使得气凝胶在力学、声学、热学、光学、化学、物理学等方面均有独特的优良性质,在保温绝热材料、隔音材料、红外线吸收材料、催化剂材料、环境保护材料等领域都有广泛用途,更成为航天探测中不可替代的材料,俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路者”探测器都用它来进行热绝缘。

        由于早期的气凝胶非常易碎和昂贵,所以主要在实验室里使用,直到60年代才重新引起人们的兴趣。到了70年代末、80年代,经过法国科学家Feichner以及美国劳伦兹伯克利国家实验室的Arlon Hunt等人不懈的努力,才获得了极大的发展,在90年代成为全球的研究热点。当前气凝胶全球重点发展区域主要集中在美国、德国、英国,如美国Nanopore公司、Aerojet公司以及德国的BASF公司、Hoechst公司也正在开展气凝胶的商业应用研究。其中,依托于强大的技术开发实力和新产品开发力度,美国的应用领域尤为突出和领先,在高性能气凝胶应用方面,美国已经成功应用于航空航天、新能源、建筑以及体育用品等方面。

      虽然理论上气凝胶的导热系数可以很小,但是气凝胶的性能与其制备工艺有很大的关系,从而导致其导热系数也随着工艺的不同而所有差异。         以下是利用TC3010测量得到的气凝胶粉末导热系数,从结果来看,不同工艺下样品的导热系数差异还是比较明显的。

 

表1.气凝胶的导热系数实验数据

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          更多关于瞬态热线法和仪器设备的介绍,详见固体导热系数仪。