纳米隔热材料导热机理与特性研究
夏新林施一长韩亚芬
（哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨150001）
文摘以SiO，气凝胶为研究对象，对其气相和固相导热机理进行了研究，进而为SiO，气凝胶材料传热设计提供理论指导。建立了SiO，气凝胶固相结构单元导热模型，在考虑对声子平均自由程的各种限制条件基特点，建立了几种纳来孔腺模型，计算了各种条件下SiO，气凝胶的当量热导率，研究了SiO，气凝胶各物性参数对其当量热导率的影响，并对比了几种纳米孔隙模型下SiO，气凝胶的当量热导率，并与实验值做了比较。
关键词气凝胶，传热，热导率，传热模型
Mechanismand CharacteristicsofHeat Conduction
in Nano-Insulation Materials
Xia Xinlin
Shi Yichang
HanYafen
(School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin150001)
AbstractHeat transfer with nano/micro-scale specialties in silica aerogel will affect its macroscopical thermo-physical properties. The paper is to study the heat transfer mechanism in silica aerogel and further to provide the theo-retical directions for thermal design and application of compound insulating materials. A heat transfer model of solid matrix unit obtained from the structure of silica aerogel is developed. According to the kinetic theory and with the con-sideration of the different limitations of phonon mean free paths, the influencing factors on thermal conductivity of sol-id matrix unit in silica aerogel are analyzed. According to the microstructure of silica aerogels, nanopore model is built. The apparent conductivity in several conditions is calculated. This paper also studied the effect of the physical parameters of silica aerogels on the apparent conductivity, then compared the apparent conductivity in several nano-pore models, and finally compared with the experimental values.
Key wordsSilica aerogel, Heat transfer,Thermal conductivity,Heat transfer model
0引言
SiO，气凝胶是一种分散介质为气体的凝胶材料，由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的一种具有开放性纳米孔隙多孔固相材料，其固体相和孔隙结构均为纳米量级"。由于特殊的纳米孔结构，气凝胶具有特殊的性能：低密度、高比表面积、高孔隙率、低热导率、低介电常数等。
GeorgeW.Scher用BET吸附-解吸法测定比表面、孔隙率及骨架密度2]获得凝胶结构的一些特殊性质（如分形结构等）。气凝胶的固相结构可以分为聚合体结构和胶体结构(3]。SiO，气凝胶内部是形状各异的纳米孔隙。构成纳米孔隙的固体骨架是由构成气凝胶的分子团簇相互连接而成，分子团簇可以看
收稿日期：2010-09-20
基金项目：国家自然科学基会资助（No.50776026，No.90816022）
成是由SiO,构成的球状纳米颗粒，颗粒的直径约为2-5nm[4]。这些颗粒有许多接触点，形成稳定三维网络结构，纳米孔隙的当量直径在50-150nm。
目前对微尺度传热的研究，大部分是集中在微尺度下热物性的变化规律上，迄今比较适合于分析微传热和流动问题的方法主要有理论分析、实验测试以及计算机模拟。基于傅里叶定律，研究模拟微/纳米尺度传热目前比较流行的方法有几种：一种是分子动力学方法，它已经成为计算热导率和声子散射的有力工具，可以提供热传导的比较直观的物理图像；一种方法是对声子玻尔兹曼传输方程（BTE）进行数值求解，玻尔兹曼传输方程也是大多数宏观固体传热理论的基础；另一种是运用分子运动论来推导各种边界条件下的热
作者简介：夏新林，1966年出生，教投，博士生导师，主要从事辐射传热与耦合传热、高温热防护材料辑射特性、热防护与热控技术等研究。E mail; xiaxl@ hit. edu. en
- 24 — 万方数据
http://www.yhelgy.com宇航材料工艺2011年第1期