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94材料工程/2007年增刊1(ChinaSAMPE2007)

气凝胶隔热性能及复合气凝胶隔热材料研究进展
ResearchonThermalInsulationforPureAerogeland
CompositeAerogel

张贺新,赫晓东,何飞
(哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所,哈尔滨150080)
ZHANGHe2xin,HEXiao2dong,HEFei
(CenterforCompositeMaterials,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)

摘要:气凝胶由于具有极高的孔隙率和极低的热导率,因此可以作为一种超级绝热材料。对气凝胶的隔热特性进行了
介绍,重点对掺杂改性的复合气凝胶隔热材料的耐高温隔热性能进行了综述和探讨,并对气凝胶复合隔热材料的应用现
状进行了回顾。
关键词:气凝胶;复合;隔热性能;隔热材料
文献标识码:A文章编号:100124381(2007)Suppl20094204

Abstract:Aerogelsserversasasuperthermalinsulationmaterialmainlyduetoitshighnano2porosity
andlowthermalconductivity1Inthispaperthethermalinsulationforaerogelwascharacterizedand
thepropertiesofdopedaerogelcompositematerialsforthermalinsulationinhightemperaturewere
explainedandconcluded1Moreoverthecurrentapplicationissuesofaerogelsservedashightempera2
turethermallyinsulatedmaterialwerealsostudied1
Keywords:aerogel;composite;thermalinsulatedproperty;thermalinsulatedmaterial

气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成式表示:

的一种纳米孔网络结构,常见的SiO2气凝胶是由SiO2λtotal=λs+λg+λr(1)

网络骨架和填充在纳米孔隙中的气体所构成的一种高式中:λtotal,λs,λg,λr分别代表气凝胶的总热导率、固相

分散固体材料。由于SiO2气凝胶的密度仅为30～热导率、气相热导率和辐射热导率,其中气体传导有对
100kg/m3,并具有80%以上的孔隙率,因此,在常温下流传热和气相传热两部分。由于气凝胶具有80%以

SiO2气凝胶的热导率仅为0102W/(m·K),是一种典上的孔隙率,并且其孔径均为纳米网络骨架相互联结
型的轻质、高效隔热材料,并在航空航天、能源、化工等围绕所构成的2～50nm之间的介孔尺寸,因此,这种
很多领域中得到广范应用[1-4]。特殊结构导致了气凝胶不同于以往其他多孔材料的热

SiO2气凝胶隔热材料通常采用溶胶-凝胶方法结特性,并且成为最具发展前景的一种超级绝热材料。

合超临界干燥技术制备而成,可以通过改变原材料配111固相传导λs
方组成来控制气凝胶的结构以满足满足不同环境的
,固相热传导是任何材料本身固的特性。SiO2气凝
[5]
使用要求。在工业领域中,为了能够使SiO2气凝胶胶是由若干Si2O2Si基团相互连接聚集形成的纳米三
在较高的温度环境下使用并达到更好的隔热效果,通维网络骨架结构,这种网络结构大大增加了热量再气
常对气凝胶进行掺杂改性处理或者与其他隔热材料复凝胶固体骨架传递的通路,形成“无限长路径效应”[8],
[6,7]
合使用。本工作主要对气凝胶的隔热特性和目前使气凝胶材料的固体热导率几乎降到最低。
常见的几种改性方法进行介绍,并对气凝胶超级隔热
固相热导率λs与气凝胶的密度有关,可以表示
材料的发展前景进行了初步展望。为[9]:
ρv
λs=λs,s(2)
1气凝胶的隔热特性ρsvs

式中:λs,s为基体材料的热导率;ρ和ρ分别为气凝胶的

SiO2气凝胶的热量传递是通过固体热传导、气体真实密度和骨架密度;v和vs分别为气凝胶真实密度

热传导和辐射热传导三种方式共同完成,可以通过下和骨架密度所对应的纵向声速,vs是根据热量传递过
气凝胶隔热性能及复合气凝胶隔热材料研究进展95

程中声子在网络骨架内的振动频率所得的估计值。对113辐射传导λr

λs,s辐射热传导是一种非接触式的热量传递气凝胶
于SiO2气凝胶来说,为一常数,因此式(2)可以简,
ρsvs
的辐射热传导可以通过下式来表示[15]:
化为λs=Cρv,这