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  • 什么是气凝胶?气凝胶胶可以用来做什么

    气凝胶是一种固体物质形态,世界上密度最小的固体。密度为3千克每立方米。一般常见的气凝胶为气凝胶,其最早由美国科学工作者Kistler在1931年因与其友打赌制得。气凝胶的种类很多,有硅系,碳系,硫系,金属氧化物系,金属系等等。aerogel是个组合词,此处aero是形容词,表示飞行的,gel显然是凝胶。字面意思是可以飞行的凝胶。任何物质的gel只要可以经干燥后除去内部溶剂后,又可基本保持其形状不变,且产物高孔隙率、低密度,则皆可以称之为气凝胶。

    因为密度极低,最轻的气凝胶仅有0.16毫克每立方厘米,比空气密度略低,所以也被叫做“冻结的烟”或“蓝烟”。由于里面的颗粒非常小(纳米量级),所以可见光经过它时散射较小(瑞利散射),就像阳光经过空气一样。因此,它也和天空一样看着发蓝(如果里面没有掺杂其它东西),如果对着光看有点发红。(天空是蓝色的,而傍晚的天空是红色的)。由于气凝胶中一般80%以上是空气,所以有非常好的隔热效果,一寸厚的气凝胶相当20至30块普通玻璃的隔热功能。即使把气凝胶放在玫瑰与火焰之间,玫瑰也会丝毫无损。气凝胶在航天探测上也有多种用途,在俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路者”的探测器上都有用到这种材料。气凝胶也在粒子物理实验中,使用来作为切连科夫效应的探测器。位在高能加速器研究机构B介子工厂的Belle 实验探测器中一个称为气凝胶切连科夫计数器(Aerogel Cherenkov Counter, ACC) 的粒子鉴别器,就是一个最新的应用实例。这个探测器利用的气凝胶的介于液体与气体之低折射系数特性,还有其高透光度与固态的性质,优于传统使用低温液体或是高压空气的作法。同时,其轻量的性质也是优点之一。 

    气凝胶,作为世界最轻的固体,已入选吉尼斯世界纪录。这种新材料密度仅为3.55千克每立方米,仅为空气密度的2.75倍;干燥的松木密度(500千克每立方米)是它的140倍。这种物质看上去像凝固的烟,但它的成分与玻璃相似。由于它的密度极小,用于航空航天方面非常合适。美宇航局喷气推进实验室,该实验室琼斯博士研制出的新型气凝胶,主要由纯二氧化硅等组成。在制作过程中,液态硅化合物首先与能快速蒸发的液体溶剂混合,形成凝胶,然后将凝胶放在一种类似加压蒸煮器的仪器中干燥,并经过加热和降压,形成多孔海绵状结构。琼斯博士最终获得的气凝胶中空气比例占到了99.8%。
    气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量,有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。这种新材料看似脆弱不堪,其实非常坚固耐用,最高能承受1400摄氏度的高温。气凝胶的这些特性在航天探测上有多种用途。俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路者”探测器上,都用到了气凝胶材料。
    制备法:
    气凝胶最初是由S.Kistler命名,由于他采用超临界干燥方法成功制备了二氧化硅气凝胶,故将气凝胶定义为:湿凝胶经超临界干燥所得到的材料,称之为气凝胶。在90年代中后期,随着常压干燥技术的出现和发展,90年代中后期普遍接受的气凝胶的定义是:不论采用何种干燥方法,只要是将湿凝胶中的液体被气体所取代,同时凝胶的网络结构基本保留不变,这样所得的材料都称为气凝胶。气凝胶的结构特征是拥有高通透性的圆筒形多分枝纳米多孔三位网络结构,拥有极高孔洞率、极低的密度、高比表面积、超高孔体积率,其体密度在0.003-0.500 g/cm-3范围内可调。(空气的密度为0.00129 g/cm-3)。

    气凝胶的制备通常由溶胶凝胶过程和超临界干燥处理构成。在溶胶凝胶过程中,通过控制溶液的水解和缩聚反应条件,在溶体内形成不同结构的纳米团簇,团簇之间的相互粘连形成凝胶体,而在凝胶体的固态骨架周围则充满化学反应后剩余的液态试剂。为了防止凝胶干燥过程中微孔洞内的表面张力导致材料结构的破坏,采用超临界干燥工艺处理,把凝胶置于压力容器中加温升压,使凝胶内的液体发生相变成超临界态的流体,气液界面消失,表面张力不复存在,此时将这种超临界流体从压力容器中释放,即可得到多孔、无序、具有纳米量级连续网络结构的低密度气凝胶材料。

    气凝胶的作用:

    在分形结构研究方面。硅气凝胶作为一种结构可控的纳米多孔材料,其表现密度明显依赖于标度尺寸,在一定尺度范围内,其密度往往具有标度不变性,即密度随尺度的增加而下降,而且具有自相似结构,在气凝胶分形结构动力学研究方面的结构还表明,在不同尺度范围内,有三个色散关系明显不同的激发区域,分别对应于声子、分形子和粒子模的激发。改变气凝胶的制备条件,可使其关联长度在两个量级的范围内变化。因此硅气凝胶已成为研究分形结构及其动力学行为的最佳材料。 [4] 
    1、在“863”高技术强激光研究方面
    纳米多孔材料具有重要应用价值,如利用低于临界密度的多孔靶材料,可望提高电子碰撞激发产生的X光激光的光束质量,节约驱动能,利用微球形节点结构的新型多孔靶,能够实现等离于体三维绝热膨胀的快速冷却,提高电子复合机制 产生的x光激光的增益系数,利用超低密度材料吸附核燃料,可构成激光惯性约束聚变的高增益冷冻靶。气凝胶纤细的纳米多孔网络结构、巨大的比表面积、结构介观尺度上可控,成为研制新型低密度靶的最佳候选材料。
    2、在作为隔热材料方面
    硅气凝胶纤细的纳米网络结构有效地限制了局域热激发的传播,其固态热导率比相应的玻璃态材料低2—3个数量级。纳米微孔洞抑制了气体分子对热传导的贡献。硅气凝胶的折射率接近l,而且对红外和可见光的湮灭系数之比达100以上,能有效地透过太阳光,并阻止环境温度的红外热辐射,成为一种理想的透明隔热材料,在太阳能利用和建筑物节能方面已经得到应用。通过掺杂的手段,可进一步降低硅气凝胶的辐射热传导,常温常压下掺碳气凝胶的热导率可低达0.013w/m·K,是热导率最低的固态材料,可望替代聚氨脂泡沫成为新型冰箱隔热材料。掺入二氧化钛可使硅气凝胶成为新型高温隔热材料,800K时的热导率仅为0.03w/m·K,作为军品配套新材料将得到进一步发展。
    由于硅气凝胶的低声速特性,它还是一种理想的声学延迟或高温隔音材料。该材料的声阻抗可变范围较大(103—107 kg/m2·s),是一种较理想的超声探测器的声阻耦合材料,如常用声阻匝Zp=1.5×l07 kg/m2·s的压电陶瓷作为超声波的发生器和探测器,而空气的声阻只有400 kg/m2·s。用厚度为l/4波长的硅气凝胶作为压电陶瓷与空气的声阻耦合材料.可提高声波的传输效率,降低器件应用中的信噪比。初步实验结果表明,密度在300 kg/m3左右的硅气凝胶作为耦合材料,能使声强提高30 dB,如果采用具有密度梯度的硅气凝胶,可望得到更高的声强增益。
    在环境保护及化学工业方面。纳米结构的气凝胶还可作为新型气体过滤 ,与其它材料不同的是该材料孔洞大小分布均匀,气孔率高,是一种高效气体过滤材料。由于该材料特别大的比表而积.气凝胶在作为新型催化剂或催化剂的载体方而亦有广阔的应用前景。


  • 热能传递的方式

      热传递(或称传热)是物理学上的一个物理现象,是指由于温度差引起的热能传递现象。热传递中用热量量度物体内能的改变。热传递主要存在三种基本形式:热传导、热辐射和热对流。只要在物体内部或物体间有温度差存在,热能就必然以以上三种方式中的一种或多种从高温到低温处传递。对于固体热源,当它同周围媒质温度差不很大时(约50°C以下),热源向周围媒质传递的热量可由牛顿冷却定律来计算。

    热传导

    热传导(又称为导热)是指当不同物体之间或同一物体内部存在温度差时,就会通过物体内部分子、原子和电子的微观振动、位移和相互碰撞而发生能量传递现象。不同相态的物质内部导热的机理不尽相同。气体内部的导热主要是其内部分子做不规则热运动是相互碰撞的结果;非导电固体中,在其晶格结构的平衡位置附近振动,将能量传递给相邻分子,实现导热;而金属固体的导热是凭借自由电子在晶格结构之间的运动完成的。
    热传导是固体热传递的主要方式。在气体或液体等流体中,热的传导过程往往和对流同时发生。
    傅立叶定律是传热学中的一个基本定律,由法国著名科学家傅里叶于1822年提出。公式指出导热速率与微元所在处的温度梯度成正比。
    热导率(thermal conductivity)是单位温度梯度下的导热热通量,因而它代表物质的导热能力 。
    物体的热导率与材料的组成、结构、温度、湿度、压强及聚集状态等许多因素有关。一般说来:金属的热导率最大,非金属次之,液体的较小,而气体的最小;固体金属材料热导率与温度反比,固体非金属材料与温度成正比;金属液体的热导率很大,而非金属液体的热导率较小;气体的热导率随温度升高而增大。各种物质的导热系数通常用实验方法测定 。

    热辐射

    热辐射,物体由于具有温度而辐射电磁波的现象,称为热辐射。一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射,温度愈高,辐射出的总能量就愈大。热辐射的光谱是连续谱,波长覆盖范围理论上可从0直至∞,一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和红外线传播。
    温度较低时,主要以不可见的红外光进行辐射,当温度为300℃时热辐射中最强的波长在红外区。当物体的温度在500℃以上至800℃时,热辐射中最强的波长成分在可见光区.
    辐射源表面在单位时间内、单位面积上所发射(或吸收)的能量同该表面的性质及温度有关 ,表面越黑暗越粗糙,发射(吸收)能量的能力就越强。任何物体都以电磁波的形式向周围环境辐射能量。辐射电磁波在其传播路上遇到物体时,将激励组成该物体的微观粒子的热运动,使物体加热升温。
    一个物体向外辐射能量的同时,还吸收从其他物体辐射来的能量。如果物体辐射出去的能量恰好等于在同一时间内所吸收的能量,则辐射过程达到平衡,称为平衡辐射,此时物体具有固定的温度。
    热辐射能把热能以光速穿过真空,从一个物体传给另一个物体。任何物体只要温度高于绝对零度,就能辐射电磁波,被物体吸收而变成热能,称为热射线。电磁波的传播不需要任何媒质,热辐射是真空中唯一的热传递方式。太阳传递给地球的热能就是以热辐射的方式经过宇宙空间而来。
    热辐射的重要规律有4个:基尔霍夫辐射定律、普朗克辐射分布定律、斯蒂藩-玻耳兹曼定律、维恩位移定律。这4个定律,统称为热辐射定律。

    热对流

    热对流(thermal convection)是指流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。由于流体间各部分是相互接触的,除了流体的整体运动所带来的热对流之外,还伴生有由于流体的微观粒子运动造成的热传导。
    工业中热对流可分为以下四种类型:
    流体无相变化时,根据产生的原因不同,有自然对流和强制对流两种,其中强制对流传热根据流动状态的不同,又可分为层流传热和湍流传热。
    流体有相变化时,包括蒸汽冷凝对流和液体沸腾对流。
    对流传热通常用牛顿冷却定律来描述。
    对流传热系数代表对流传热能力。影响对流传热系数的主要因素有:引起流动的原因、流动状况、流体性质、传热面性质等。对流传热系数可由理论推导、因次分析、实验等方法获得。

  • 导热双面胶的粘性怎么样?

    导热双面胶带是由压克力聚合物涂于玻璃纤维两面而制成双面粘贴型导热胶带。使用时只需轻压即可立即贴合,其粘接性能及粘接强度随温度跟时间升高而增强。双面导热胶带具有优良的导热性及粘接性能,使热源及散热片之间不需要固定和液体胶粘剂固,可以模切成任何形状的产品,并可预先贴合在一个表面上以便将来贴合使用。

  • 怎样应用导热双面胶,用在何处?

    一般来说若你所设计的电子产品在空间及位置上已无法加装风扇及金属散热时,可借由导热双面胶直接接触IC及外壳,直接借由热传导的方式将热源传递到产品的外部冷空气中,达到散热的效果。

  • 决定石墨片包边的因素有哪些?

    石墨之所以要包边是因为较厚的石墨片会在使用过程中掉落石墨粉末,石墨掉落会导致散热面不均匀从而影响整个石墨片的散热传热,其次石墨粉末会引起电子产品短路。而较薄的石墨片,因为尺寸关系,石墨粉末根本无法掉落。莱必德建议0.2mm以上的石墨片做包边绝缘处理最好。

  • 散热石墨膜可以用在台式电脑散热片上吗?

    散热石墨片是可以使用在台式电脑的散热片上面的;可直接使用在散热片与电脑芯片之间来传导热量,加速散热片散热力度,再经散热风扇将热量速度吹出,以保证电脑芯片在正常温度内工作。

  • 单导铜箔胶带有导电率吗?

    关于这个问题,可以有两种理解方式:

    1、单导铜箔胶带是否导电?这样的话,单导铜箔胶带是导电的,因为单导铜箔胶带中铜箔的导电性是非常好的。

    2、作为整个单导铜箔胶带的话,由于铜箔上的胶水不导电,所以铜箔和胶水之间电流不导通,导电率是为0。从这个角度来说单导铜箔胶带没有导电率。

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