Aerogel silica làm cho "cách nhiệt" dễ dàng hơn

Trong xã hội ngày nay, tiết kiệm năng lượng, giảm tiêu thụ và giảm phát thải là những mô hình phát triển được khuyến khích. Trong số các biện pháp khả thi, ngoài việc chuyển đổi năng lượng hiệu quả và phát triển hợp lý các nguồn năng lượng tái tạo, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng cũng là chìa khóa để tiết kiệm năng lượng, đó là lý do tại sao "vật liệu cách nhiệt" bắt đầu thu hút sự chú ý.

Điều này là do vật liệu cách nhiệt, với độ dẫn nhiệt rất thấp, có thể làm giảm tổn thất nhiệt trong quá trình sản xuất nhiệt, vận chuyển, lưu trữ và sử dụng, do đó được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, hóa chất, điện tử, quần áo, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác. Trong số này, đại diện điển hình nhất là aerogel silica, có thể hoạt động theo nhiều cách do tính chất độc đáo như độ dẫn nhiệt thấp (<20,0mW/mK), hằng số điện môi thấp (<1,7), chiết suất thấp (<1,1) và diện tích bề mặt lớn (>1000,0mW/g). Trong số tất cả các ứng dụng được đề xuất, các ứng cử viên tiềm năng cho các ứng dụng cách nhiệt chắc chắn là một trong những hướng được quan tâm nhiều nhất.

Nguyên tắc cách nhiệt Silica Aerogel

Độ dẫn nhiệt cực thấp của aerogel silica chủ yếu là do các lỗ nano độc đáo và cấu trúc mạng ba chiều. Vì lỗ chân lông của aerogel ở cấp độ nano, gần với khoảng cách tự do trung bình của phonon, khi nhiệt đi qua lỗ chân lông của aerogel, các lỗ nano có tác dụng tán xạ nghiêm trọng lên phonon, làm giảm khoảng cách tự nhiên trung bình của phonon và làm giảm hiệu quả truyền nhiệt của nhiệt thông qua khớp nối khí rắn.

Đồng thời, độ xốp bên trong aerogel rất cao, có thể đạt tới hơn 90%, và các bức tường của các lỗ nano hoạt động như một tấm chắn nhiệt, liên tục phản xạ và khúc xạ bức xạ nhiệt. Số lượng không giới hạn của các bức tường lỗ làm giảm truyền nhiệt bức xạ liên tục; Khẩu độ của aerogel tương tự như phạm vi tự do trung bình của các phân tử không khí, và các phân tử khí trong các lỗ nano có xu hướng mất khả năng chảy tự do, để lại các lỗ chân không và hiệu quả truyền nhiệt đối lưu gần bằng không.

Silica để cách nhiệt

Aerogel silica là vật liệu rắn có khả năng cách nhiệt tốt nhất hiện nay. Do tính giòn của nó, các phương pháp pha tạp khác nhau thường được sử dụng trong các ứng dụng để cải thiện tính chất cơ học. Hiện nay, các ứng dụng của các sản phẩm liên quan đã bao gồm nghiên cứu khoa học, công nghiệp, quốc phòng và các dịp cách nhiệt khác, đặc biệt là trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và hàng hải. Đồng thời, nó cũng có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực dân dụng và công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng dưới dạng aerogel silica.

1. Cảm thấy aerogel

Vật liệu composite được chuẩn bị bằng cách tăng cường sợi thường được gọi là thảm aerogel. Hiện nay, chăn aerogel silica chủ yếu được sử dụng trong cách nhiệt xây dựng. So với len đá, gạch xây, sợi và các vật liệu cách nhiệt tường truyền thống khác trên thị trường, nỉ aerogel không chỉ có đặc tính cách nhiệt tuyệt vời mà còn có độ bền cơ học tương ứng, có thể đáp ứng yêu cầu cách nhiệt và cách nhiệt của tường cách nhiệt. Yêu cầu cường độ. Ngoài ra, nỉ aerogel silica được làm thành một cấu trúc bánh sandwich, vì vậy nó có thể được áp dụng trực tiếp để cách nhiệt tường bên ngoài.

2. Kính cách điện

Hiện nay, Trung Quốc là nhà sản xuất và sử dụng bức tường rèm kính lớn nhất thế giới. Bức tường rèm kính, mặc dù có lợi thế về ánh sáng ban ngày và thẩm mỹ tốt, cũng có thể gây ra tiêu thụ năng lượng quá mức do hấp thụ nhiệt và phản xạ. Tuy nhiên, nếu aerogel được thêm vào tường rèm kính, nó có thể cải thiện khả năng cách nhiệt của tòa nhà và giảm mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà tường rèm kính mà không ảnh hưởng đến ánh sáng ban đầu và vẻ đẹp của kính. Jensen et al. đã sử dụng aerogel silica xốp để lấp đầy lớp giữa của kính và thấy rằng cách nhiệt thực sự được tăng cường, do đó cho thấy triển vọng thị trường rộng lớn cho các cửa sổ aerogel silica hứa hẹn sẽ là một công cụ quan trọng để tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải trong tương lai.

3. Lớp phủ/phim cách nhiệt

Hiện nay, nghiên cứu về aerogel trong lĩnh vực sơn/phim đang được tiến hành từng bước. Về sơn, Lu Bin và những người khác tại Đại học Chungnam đã pha trộn aerogel silica với nhựa acrylic gốc nước để chuẩn bị sơn cách nhiệt thủy tinh. Cao Thụ Á và cộng sự đã chuẩn bị aerogel bằng cách trộn silica aerogel với vật liệu composite epoxy; Về phim, Ni Xingyuan và những người khác đã tạo ra một màng cách nhiệt bao gồm màng nhôm kim loại và aerogel silica, làm cho hiệu quả cách nhiệt tăng gấp năm lần.

Tầm quan trọng của "cách nhiệt" để cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng, đạt được tiết kiệm năng lượng, giảm tiêu thụ, giảm phát thải là rõ ràng. Do đó, việc nghiên cứu ứng dụng aerogel silica trong vật liệu cách nhiệt có ý nghĩa quan trọng đối với việc sử dụng hiệu quả tài nguyên và năng lượng, tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải. Giảm tiêu dùng có ý nghĩa quan trọng.