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“全能型選手”——集防火、隔熱、疏水為一體,氣凝膠優(yōu)勢盡顯
2023-11-02       來源:尤特森

《科學(xué)》是世界權(quán)威的學(xué)術(shù)期刊之一。氣凝膠領(lǐng)域?qū)<冶硎荆瑲饽z是《科學(xué)》雜志評選出的十大新材料中,唯一一個已大規(guī)模落地實(shí)際商業(yè)場景的材料。眾多材料中為什么氣凝膠可行性最高?氣凝膠有什么優(yōu)勢?

“全能型選手”——集防火、隔熱、疏水為一體,氣凝膠優(yōu)勢盡顯

氣凝膠領(lǐng)域?qū)<艺J(rèn)為,可以把氣凝膠理解成多孔海綿的一個納米版,所有孔的體積合起來占整個氣凝膠體積的絕大多數(shù),甚至可以達(dá)99%以上?;谔厥饨Y(jié)構(gòu)氣凝膠具備了更多傳統(tǒng)材料無法比擬的優(yōu)勢。

高比表面積、高孔隙率、納米級孔洞、低密度等特殊的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn),讓氣凝膠具備穩(wěn)定的化學(xué)性能、低導(dǎo)熱系數(shù)、強(qiáng)吸附力、廣使用溫度范圍、長使用壽命等優(yōu)異性能。

“全能型選手”——集防火、隔熱、疏水為一體,氣凝膠優(yōu)勢盡顯

1、保溫隔熱性能

氣凝膠的孔隙率達(dá)到90%以上。由于結(jié)構(gòu)中孔隙尺寸非常小,氣體在其中的流動受到了限制,從而減少了熱傳導(dǎo)的路徑。此外,孔隙可以有效阻止熱輻射的傳播,綜合來說多孔結(jié)構(gòu)對氣凝膠隔熱性能的提高起關(guān)鍵作用。因此,氣凝膠具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)和較高的阻熱值,在減少熱量傳遞這方面有顯著效果。

“全能型選手”——集防火、隔熱、疏水為一體,氣凝膠優(yōu)勢盡顯

再者,氣凝膠其獨(dú)立的結(jié)構(gòu)帶來的無對流效應(yīng)、無窮多遮擋板效應(yīng)、無窮長路徑效應(yīng),有效阻止空氣對流,降低熱輻射和熱傳導(dǎo):

1)無對流效應(yīng):氣凝膠氣孔為納米級,內(nèi)部空氣失去自由流動能力;

2)無窮多遮擋板效應(yīng):納米級氣孔,氣孔壁無窮多,輻射傳熱降至最低;

3)無窮長路徑效應(yīng):熱傳導(dǎo)沿著氣孔壁進(jìn)行,而納米級氣孔壁無限長。

“全能型選手”——集防火、隔熱、疏水為一體,氣凝膠優(yōu)勢盡顯

今年1月,中鐵一局集團(tuán)有限公司表示,河南省新鄉(xiāng)蒸汽管網(wǎng)項(xiàng)目全面通過驗(yàn)收。蒸汽管網(wǎng)對防腐、保溫要求極高,其管道選用了高溫離心玻璃棉及納米氣凝膠復(fù)合保溫材料。項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人汪惺說,納米氣凝膠隔熱效果是傳統(tǒng)隔熱材料的2—5倍,可極大提高施工質(zhì)量和施工效率,降低施工成本。

2、防火

極低的導(dǎo)熱系數(shù),可以使被保護(hù)基材達(dá)不到自身著火點(diǎn)。氣凝膠的防火性能也是基于其特殊的結(jié)構(gòu)而成。把氣凝膠理解成多孔海綿的一個納米版。它的孔徑基本上是20-50納米的微孔徑,空氣分子大小約為70納米,大于氣凝膠材料孔隙的直徑,因此空氣在氣凝膠上流動效率極低,隔熱性能很好,可以達(dá)到A級不燃。

“全能型選手”——集防火、隔熱、疏水為一體,氣凝膠優(yōu)勢盡顯

3、質(zhì)輕

除了本身的重量輕,氣凝膠的“質(zhì)輕”性能也與其保溫隔熱性能相關(guān)。相比傳統(tǒng)的保溫材料,氣凝膠導(dǎo)熱系數(shù)更低、耐熱溫度更高,要實(shí)現(xiàn)相同保溫效果,氣凝膠厚度不足其余材料的1/3。在同等保溫效果下氣凝膠用量更少,厚度更薄,散熱面積更小,熱效率更高,同時最大限度節(jié)約空間。

4、耐候性強(qiáng)

氣凝膠整體疏水,憎水率可達(dá)98%及以上,這是基于氣凝膠與超疏水改性劑混合而實(shí)現(xiàn)的。不易吸水解體,不易因環(huán)境、溫度等變化而受損,使用壽命可達(dá)10-15年以上,相比傳統(tǒng)保溫材料壽命提高3-5倍。

“全能型選手”——集防火、隔熱、疏水為一體,氣凝膠優(yōu)勢盡顯

氣凝膠發(fā)展之所以駛?cè)搿翱燔嚨馈?,除了有外部的政策、?guī)范等因素的推動,還離不開其自身的優(yōu)異性能。這也是為什么氣凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)向下游,成為大規(guī)模落地的新材料。


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