纳米超级隔热材料的设计与制备李俊宁胡子君李增耀孙陈诚杨海龙(1航天材料及工艺研究所，先进功能复合材料技术重点实验室，北京100076)(2西安交通大学能源与动力工程学院，热流科学与工程教育部重点实验室，西安710049)文摘从纳米超级隔热材料的组成及微观结构角度分析了降低材料热导率的途径，提出了降低纳米超级隔热材料热导率的一般原则，制备了SiO及SiO：一A10纳米超级隔热材料并对材料的孔结构进行控制。结果表明：SiO和SiO一A10纳米超级隔热材料具有均匀的多孔结构，Al0的加入提高了SiO纳米超级隔热材料的热稳定性，且不会破坏材料的多孔结构，室温热导率仅为0．02W／(m·K)，提出了AlO改善SiO纳米超级隔热材料热稳定性的机理。关键词纳米超级隔热材料，热导率，传热机理，热稳定性DesigningandSynthesisofNano—SupeI．insulatingMaterialsLiJunningHuZijunLiZengyaoSunChenchengYangHailong。(1ScienceandTechnologyonAdvancedFunctionalCompositesLaboratory，AerospaceResearchInstituteofMaterials＆ProcessingTechnology，Beijing100076)(2KeyLaboratoryofThermo—FluidScienceandEngineeringofMOE，SchoolofEnergy＆PowerEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049)·Abstract’Agenera1principleofreducingthethermalconductivityofnano-superinsulatingmaterialsisproposedinviewofmierostructureandingredientfactors．TheSiO2andSiO2-A12O3nano—superinsulatingmaterialswithcon-trolledporemorphologyweresynthesized．Itisf0undthattheSiO2andSiO2一AI2O3nano-superinsulatingmaterialspossessuniformmesoporousporousstructure．TheadditionofnanoAI203particlesimprovesthethermalstabilityofSiO2materialandtheporenetworkispreservedandthethermalconductivityis0．02W／(m。K)atroomtemperature．ThestabilizationmechanismofSiO2nano-superinsulatingmaterialsbydopingwithA12O3nanoparticlesunderhightemperaturewasinvestigated．KeywordsNano—superinsualtionmaterial，Thermalconductivity，Heattransfermechanism，Thermalstability0引言纳米超级隔热材料的热导率低于同温度下的静止空气，在隔热保温领域具有广阔的应用前景¨J。气凝胶及具有与气凝胶相似的纳米颗粒堆积结构的多孔材料是纳米超级隔热材料的典型代表，决定这类材料热导率的关键因素是材料的组成、固相骨架及多孔结构特征。热量在纳米超级隔热材料中传递主要通过固相导热、气相导热和辐射传热三种途径，其中固相导热和辐射传热主要与材料组分的物理特性及骨架结构有关，而气相导热则与材料的多孑L结构及气体压力密切相关。因此精确调控纳米超级隔热材料的组分、骨架和孔隙结构是降低热导率的关键。通过对纳米超级隔热材料三种主要传热途径的分析，可以确定在不同条件下三种传热途径对材料热导率的贡献，用于指导材料组分的选择及微观结构的控制，优化材料性能。自20世纪90年代以来，科学家们已经发展了多个计算SiO，气凝胶材料热导率的方法，从理论计算角度获得气凝胶材料的热导率。最近，Enguehard模拟了纳米隔热材料中的辐射传热过程，以量化辐射传热的贡献，指导遮光剂的选择，实现在红外光谱的特定位置达到最佳的遮光效果J。Swimm等研究收稿日期：2012—08—28作者简介：李俊宁，1980年出生，博士，高级工程师，主要从事高效隔热材料研究。E—mail：ljn1212@g-mail．corn一26一宇航材料工艺http：／／www．yhclgy．corn2013年第2期了孔径小于10m的有机气凝胶材料中气固耦合传热效应，指出当材料孔隙中的气体压力增加以及固相骨架的热导率与气体热导率相差较大时，气固耦合传热效应将愈加明显_8]。这些研究结果对深入认识纳米超级隔热材料的传热特点及材料的研制起到了积极作用。本文首先在分析纳米超级隔热材料的传热机理的基础上，从材料组分的选择和微观结构控制角度提出了降低纳米超级隔热材料热导率的一般原则，并开展了SiO及SiO一A10复合纳米超级隔热材料的制备研究。1纳米超级隔热材料的传热机理1．1气相导热常温常压下，气相热导率是纳米超级隔热材料热导率的...
