纳米二氧化硅绝热材料研究进展.pdf

第4卷第4期
材料研究与应用
Vo1.4,No.4
2010年12月
MATERIALS RESEARCH AND APPLICATION
Dec,2010
文章编号:1673-9981(2010)04-0491-04
纳米二氧化硅绝热材料研究进展
吴春蕾,杨本意,刘莉,康旭
(广州吉必盛科技实业有限公司,广东广州510663)
摘要:介绍了纳米二氧化硅的种类及基本特点,综述了纳米二氧化硅绝热材料的应用研究进展,讨论
了影响纳米二氧化硅绝热材料绝热性能的因素,对纳米二氧化硅绝热材料的发展趋势进行了展望
关键词:绝热材料;纳米二氧化硅;研究进展
中图分类号:TB383.1
文献标识码:A
绝热材料是保温、保冷、隔热材料的总称,是指
对热流具有显著阻抗性的材料或材料复合体,一般1纳米二氧化硅的特点
导热系数小于0.17Ww/(m?K)的材料被称为绝热
材料,建筑上还要求表观密度应小于1000kg/m2,
纳米二氧化硅按照制备方法主要分为气相二氧
抗压强度应大于0.3MPa).绝热材料兼具保温、保化硅、沉淀二氧化硅、二氧化硅气疑胶三类
冷和隔热的功能,是能源开发、低碳工程的重要组1.1气相二氧化硅
成,是与生态、环境保护和可持续发展密切相关的行
气相二氧化硅是出现最早,也是最早实现工业
业.绝热材料的品种很多,按材质分类,可分为无机化的纳米颗粒之一.它是一种白色、松散、无定形、无
绝热材料、有机绝热材料和金属绝热材料三大类无毒、无污染的无机非金属材料,其粒径介于7~40
机绝热材料主要包括岩矿棉、膨胀蛭石、氧化硅基等mm之间,具有高的比表面积(50~400m2/g).其
产品;有机类绝热材料主要包含树脂泡沫塑料和海一般由氯硅烷在氢氧火焰中进行高温水解(>1000
绵櫲塑保温材料等产品.相对有机类绝热材料无机C制得,原生颗粒冷却后聚集,形成支化的三维蓬
绝热材料具有环保、可持续优势,特别是随着石油价松结构的产品(图1).正是由于这种特殊的制备工
格高涨,以及人们对绿色节能、低碳环保的日益重艺和特殊结构,使得气相二氧化硅具有很低的固体
视,无机绝热材料的发展也驶人快车道
传导率和空隙体积,该空隙体积与氧分子和氯分子
纳米二氧化硅绝热材料是无机绝热材料的重要的平均自由路程有相同的数量级,其热导率也随原
品种,主要由纳米二氧化硅、石英玻璃纤维和纳米氧生粒子平均粒径的减小而降低,使气相法二氧化硅
化钛组成2.纳米二氧化硅绝热材料中孔隙尺す小呈现良好的热绝缘性.气相二氧化硅的另一个特点
于或接近空气中分子的平均自由程,具有无对流传是纯度高(>99.8%),不含碱土金属等矿化物质,是
热和热传导都非常小的特点,材料中添加的纳米氧
种耐高温、具有很好热稳定性的纳米材料,在800
化钛对热輻射有明显的散射作用,从而使纳米氧化℃下可以长时间保持其外观和微观形貌,即便1200
硅绝热材料具有极低的导热率和优良隔热保温℃也可以短时间保持稳定.含有气相法二氧化硅的
效果
混合粉末或模压件在许多领域中得到应用,例如夜
间储存热源,高温炉,管线,航空涡轮,厨房用辐射加
热圈等.广州吉必盛和有关科研院校共同合作研制
收稿日期:2010-10-26
作者简介:吴春蕾(1972一),男,山东人,高级工程师,博土
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材料研究与应用
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的气相二氧化硅绝热材料,在800℃热导率入低于在此点重叠达到最低点.尽管二氧化硅气凝胶的绝
0.04W/m?K,是当前热导率最低的固态材料之热性能卓越,但是相对气相二氧化硅而言,二氧化硅
ー,与目前常用的绝热保温材料相比绝热效果提高气凝胶制备中孔隙控制困难、溶剂去除工艺复杂、特
5~10倍,减少绝热层厚度40%~60%,是提高热能别是大规模制备更加困难,限制了其大面积的应用
效率、实现节能降耗的新产品.
推广
⊥XX
50nm
100mm
图2二氧化硅气凝胶模拟图
图1气相二氧化硅电镜照片
1.2沉淀二氧化硅
2纳米二氧化硅绝热材料应用研究
沉淀二氧化硅一般由水玻璃和酸沉淀所得[5的
进展
具有粒度小、比表面积大、孔隙率高、价格相对低廉
等特点.但是相对于气相二氧化硅,其纯度比较低
2.1建筑领域
约93%),往往含有2%左右的碱土金属、酸根离子
纳米二氧化硅绝热材料作为一种新型建筑材
等杂质,并且含水率高,砫羟基的数目高.沉淀二氧料,具有很好的热稳定性、耐热冲击性以及隔热保暖
化硅的上述特点使其用更多用于保温保冷,如果用性,可以替代传统的矿物棉,使房垕既隔热又保暖
到绝热材料的时侯,其绝热保温效果受到一定的影如果将其用于高层建筑,则可取代一般幕墙玻璃,大
响,特别是髙温使用的时侯,其热导率会显著升高,大减轻建筑物自重,并能起到防火作用.该类绝热
并且极易发生塌陷等情况.
材料也可用在太阳能墙板构件中,将两块玻璃之间
3二氧化硅气凝胶
夹一层气相二氧化硅,然后把这墙板安在建筑物正
氧化硅气凝胶是一种新型轻质纳米多孔材面吸热墙外面,当阳光照到建筑物上,大部分可见光
料,通常孔径小于50nm,骨架颗粒为1~20nm,比可透过二氧化硅层,但是热量却被隔在外面,这种透
表面积最高可达800~1000m2/g,孔洞率可高达80明结构的复合层比墙体具有更好的隔热效果,其相
9%~99.89%.图2是二氧化硅气凝胶的典型结构应研究也越来越引起人们关注和兴趣
图,气凝胶热传导有3种途径,即气态传导、固态传2.2管道、炉客、热炉等隔热保温
导和热辐射传导.二氧化硅气凝胶的独特结构可有
在管道、等静压炉,轧钢加热炉、均热炉,高温陶
效地削减这3种传热途径.另外,二氧化硅气凝胶能瓷窑、高温锻造炉及其它热工设备中用气相二氧化
耐高温,一般在800℃下,结构、性能无明显变化,因硅或者二氧化硅气凝胶制备绝热复合材料,可以替
此二氧化硅气凝胶在作为高温隔热材料方面具有无代传统的保温材料,大大减少热能损失,并降低操作
与伦比的优越性,当容积密度约为200g/L时可以安全风险8
得到最佳的热绝缘性,因为固体和气体热传导曲线
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