氣凝膠是一種具有納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的固體材料，是目前世界上最好的固體絕熱材料(導(dǎo)熱系數(shù)低至0.013W/m k)，1931年被美國(guó)Kistler.S.發(fā)明，由于輕霧色泛藍(lán)，又稱“藍(lán)煙”、“冰煙”，創(chuàng)下了15次吉尼斯記錄，與石墨烯等一起被稱為改變世界的十大新材料之一。它也是世界上最輕的固體材料，在熱、光學(xué)、電、力學(xué)、聲學(xué)等領(lǐng)域具有優(yōu)異的性能。
比空氣還輕的氣凝膠，通過(guò)復(fù)合工藝出來(lái)的氣凝膠制品
為什么氣凝膠被稱為世界上最好的固體絕熱材料？在回答這個(gè)問(wèn)題之前，讓我們先來(lái)理解熱傳遞的三種方式。
熱傳導(dǎo)：
熱量從物體的更高部分傳遞到物體下部的方式稱為熱傳導(dǎo)。這是固體傳熱的主要形式。在氣體或液體中，熱傳導(dǎo)常常與對(duì)流同時(shí)發(fā)生。
熱對(duì)流：
氣體或液體流動(dòng)的傳熱稱為對(duì)流。對(duì)流是液體與氣體之間傳熱的主要方式，氣體的對(duì)流比液體的對(duì)流更為明顯。
熱輻射
物體因其自身溫度而向外發(fā)射能量。傳熱的方式稱為熱輻射。熱輻射是遠(yuǎn)距離熱傳遞的主要形式，如太陽(yáng)的熱量是以熱輻射的形式通過(guò)空間然后傳遞到地球上。
熱傳導(dǎo)方式
從隔熱材料的角度來(lái)看，固體的導(dǎo)熱系數(shù)僅取決于材料的材質(zhì)和密度。納米氣凝膠的密度很低，孔隙率占體積的90%以上，從而顯著地降低了固體熱傳導(dǎo)。由于絕熱材料中絕大部分含有大量的孔隙，氣體在孔隙中的對(duì)流導(dǎo)熱成為絕熱材料導(dǎo)熱的關(guān)鍵途徑。通過(guò)特殊工藝制備的氣凝膠的平均直徑僅為頭發(fā)直徑的20nm，約為頭發(fā)直徑的1/1000，而空氣分子的平均自由程約為70nm。在這樣小的間隙中，空氣幾乎不能流動(dòng)，從而抑制了空氣的對(duì)流熱傳導(dǎo)。
此外，由于存在大量納米尺度的微孔，材料具有幾乎無(wú)限的孔壁，這些孔壁均可以看作是輻射的反射面和折射面。這種材料的一毫米厚度包含數(shù)萬(wàn)層反射和折射面，是一種很好的輻射和熱傳導(dǎo)屏障。