超级绝热材料

超级绝热材料是一种具有很低的体积密度的材料，早在1992年，美国学者Hunt A J等在国际材料工程大会上就提出了超级绝热材料的概念。在此之后，很多学者都陆续使用了超级绝热材料的概念。一般认为超级绝热材料是指在预定的使用条件下，其导热系数低于“无对流空气”导热系数的绝热材料。根据其特点超级绝热材料一般是纳米孔超级绝热材料。最典型的纳米孔超级绝热材料就是气凝胶。

特点

纳米孔超级绝热材料应同时具备以下几个特征：

1)材料内几乎所有的孔隙都应在100 nm以下。在绝热材料中气孔尺寸是绝热性能的最主要因素，因此，只有绝热材料中的绝大部分气孔尺寸小于100 nm时，才算进入了纳米材料的范畴。

2)材料内大部分(80%以上)的气孔尺寸都应<50nm。

根据分子运动及碰撞理论，气体的热量传递主要是通过高温侧的较高速度的分子与低温侧的较低速度的分子相互碰撞来进行的,由于空气中主要成分氮气和氧气的自由程均在70 nm左右,纳米孔硅质绝热材料中SiO2微粒构成的微孔尺寸小于这一临界尺寸时，材料内部就消除了对流,从本质上切断了气体分子的热传导,从而可获得比“无对流空气更低的导热系数。

3）材料应具有很低的体积密度。

4)材料在常温和设定的使用温度下,都应该有比“无对流空气”更低的导热系数。

导热系数是衡量绝热材料性能优劣的主要指标。目前,超级绝热材料主要有真空绝热材料和纳米孔材料2种。处于静止状态的空气及大部分气体的导热系数都很低,但是由于它们的对流性能,以及对红外辐射的透明性,决定了它们无法单独用作绝热材料。为此,需要采用一些固体材料来限制它们的对流性能及透红外线性能。但是,几乎所有的固体材料都具有比静止空气大得多的导热系数。因而,为了最大限度降低固体材料的热传导,作为气体屏障的固体薄壁应尽量地薄。同时,设想将固体间空隙的大小限定到纳米数量级,则气体的传导及对流将基本得到控制,这类绝热材料的导热系数将低于静止的空气。

5)材料还应具有较好的耐高温性能。

应用

（1）太阳能热水器

在民用领域,太阳能热水器及其他集热装置的高效保温成了能否进一步提高太阳能装置的能源利用率

和进一步提高其实用性的关键因素。将纳米孔超级绝热材料应用于热水器的储水箱、管道和集热器,将比现

有太阳能热水器的集热效率提高1倍以上,而热损失下降到现有水平的30%以下。

（2）热电池上的应用

可延长热电池的工作寿命,防止生成的热影响热电池周围的元器件。

（3）军事及航天领域

与传统绝热材料相比,超级绝热材料可以用更轻的质量、更小的体积达到等效的隔热效果。这一特点使其在航空、航天应用领域具有举足轻重的优势。如果用作航空发动机的隔热材料,既起到了极好的隔热作用,又减轻了发动机的重量。作为外太空探险工具和交通工具上的超级绝热材料也有很好的应用前景。

（4）工业及建筑绝热领域

在工业及民用领域纳米孔超级绝热材料有着广泛和极具潜力的应用价值。首先,在电力、石化、化工、冶

金、建材行业以及其他工业领域,热工设备普遍存在。工业节能中,纳米孔超级绝热材料也起着非常重要的

作用,其中有些特殊的部位和环境,由于受重量、体积或空间的限制,急需高效的超级绝热材料。