ในสาขาการก่อสร้างอุปกรณ์อุตสาหกรรมและการป้องกันส่วนบุคคลวัสดุฉนวนกันความร้อนมีบทบาทสำคัญเสมอ . เป็นวัสดุนาโนชนิดใหม่ที่พัฒนาขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การนำการพาความร้อนและการแผ่รังสี แต่ยังมีความสามารถในการปรับตัวเชิงกลและศักยภาพการรวมการทำงานที่ดี . บทความนี้จะวิเคราะห์หลักการฉนวนกันความร้อนของ Airgel และสำรวจข้อดีและโอกาสในการใช้งานในระบบฉนวนกันความร้อนความร้อนที่ทันสมัย
เนื้อหา
1. การวิเคราะห์ทางวิทยาศาสตร์ของหลักการฉนวนกันความร้อน
3. ความท้าทายและทิศทางที่มีอยู่สำหรับการปรับปรุง
1. การวิเคราะห์ทางวิทยาศาสตร์ของหลักการฉนวนกันความร้อน
เหตุผลที่ Airgel มีประสิทธิภาพของฉนวนกันความร้อนที่ยอดเยี่ยมนั้นส่วนใหญ่เกิดจากลักษณะโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์และกลไกการยับยั้งการถ่ายเทความร้อน . airgel เป็นวัสดุที่มีรูพรุนประกอบด้วยโครงกระดูกของแข็ง nanoscale โดยมีความหนาแน่นสูงกว่า {{3} ลดเส้นทางการนำความร้อนของส่วนประกอบที่เป็นของแข็ง แต่ยังเป็น "สิ่งกีดขวาง" สำหรับการถ่ายเทความร้อนที่ระดับกล้องจุลทรรศน์
ในแง่ของการนำความร้อนโครงกระดูกที่เป็นของแข็งของ airgel นั้นกระจัดกระจายอย่างมากซึ่งจะช่วยลดการนำความร้อนภายในวัสดุ . อย่างมีนัยสำคัญซึ่งแตกต่างจากของแข็งต่อเนื่องและหนาแน่นความร้อนใน airgel จะต้องผ่าน pores จำนวนมาก นาโนเมตรหลายสิบแห่งซึ่งมีขนาดเล็กกว่าเส้นทางอิสระของโมเลกุลอากาศโดยเฉลี่ยดังนั้นจึงยับยั้งการเกิดขึ้นของการพาความร้อนของก๊าซ . ผลกระทบขนาดนี้หมายความว่าโมเลกุลอากาศไม่สามารถเกิดการไหลของรูขุมขนที่มีประสิทธิภาพ
ในแง่ของการแผ่รังสีโครงสร้างของ airgel สามารถเพิ่มความสามารถในการสะท้อนหรือการดูดซับของการแผ่รังสีความร้อนโดยการเติมด้วยสารกระเจิงอินฟราเรด, ยับยั้งการถ่ายโอนความร้อนรังสีในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิกลางและสูง . กลไกนี้มีค่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานอุณหภูมิสูง
ข้อมูลการทดลองยังรองรับประสิทธิภาพของฉนวนกันความร้อนที่ยอดเยี่ยมของ Airgel . การนำความร้อนของซิลิกาทั่วไปสามารถต่ำถึง 0 . 015–0 . 03 w/m · k ที่อุณหภูมิห้อง ข้อมูลนี้ไม่เพียง แต่สะท้อนถึงข้อได้เปรียบของฉนวนกันความร้อนของ airgel ในสภาพแวดล้อมแบบคงที่ แต่ยังให้พื้นฐานการทดลองสำหรับการส่งเสริมและการประยุกต์ใช้ในการบินและอวกาศการก่อสร้างเสื้อผ้าป้องกันความร้อนและสาขาอื่น ๆ
ด้วยประสิทธิภาพของฉนวนกันความร้อนความร้อนที่ยอดเยี่ยมและลักษณะที่มีน้ำหนักเบาวัสดุ Airgel ได้แสดงให้เห็นถึงโอกาสในการใช้งานที่กว้างขวางในหลาย ๆ สาขา . ในแง่ของการสร้างการอนุรักษ์พลังงานแผ่น Airgel สามารถใช้สำหรับชั้นของผนังฉนวนกันความร้อนสูง Airgel สามารถใช้เป็นชั้นฉนวนสำหรับอุปกรณ์เช่นเครื่องปฏิกรณ์และท่อไอน้ำด้วยความสามารถในการทนต่ออุณหภูมิสูงสูงกว่า 600 องศาในขณะที่ลดภาระอุปกรณ์และยืดอายุการใช้งาน .}
ในด้านสิ่งทอและการป้องกันส่วนบุคคลคอมโพสิต Airgel ที่มีความยืดหยุ่นนั้นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเสื้อผ้ากันเย็นเสื้อผ้าดับเพลิงและอุปกรณ์ทางทหาร . การออกแบบไบโอนิคบางอย่างเช่นเส้นใยอากาศที่ "เลียนแบบโครงสร้างของหมีขั้วโลก"
นอกจากนี้ในด้านการบินและอวกาศ Airgel ยังถูกนำมาใช้ในเครื่องป้องกันความร้อนยานอวกาศระบบการลงจอดรถแลนด์โรเวอร์ดาวอังคารและชั้นป้องกันความร้อนสำหรับเสื้อผ้านักบินอวกาศตามข้อกำหนดสองประการของการไหลของความร้อนและการควบคุมน้ำหนัก . ความสามารถในการควบคุมความร้อนที่ยอดเยี่ยม
3. ความท้าทายและทิศทางที่มีอยู่สำหรับการปรับปรุง
แม้ว่าวัสดุ airgel มีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในด้านของฉนวนกันความร้อนเนื่องจากการนำความร้อนต่ำเป็นพิเศษและโครงสร้างแสงพิเศษ แต่พวกเขายังคงเผชิญกับความท้าทายในการใช้งานจริง . ครั้งแรกคือปัญหาของการใช้งานที่ไม่สามารถใช้งานได้อย่างง่ายดาย ในปัจจุบันโอกาสที่ยืดหยุ่นและเปลี่ยนแปลงได้ . นักวิจัยกำลังปรับปรุงการต้านทานแรงกดและความยืดหยุ่นผ่านการเสริมแรงของเส้นใยและคอมโพสิตพอลิเมอร์อินทรีย์และค่อยๆตระหนักถึงผลิตภัณฑ์ airgel ที่ยืดหยุ่นซึ่งสามารถรีดและเย็บ
ประการที่สองคือปัญหาค่าใช้จ่ายของการเตรียมขนาดใหญ่ . แม้ว่าวิธี Sol-Gel กระแสหลักในปัจจุบันรวมกับกระบวนการอบแห้งแบบco₂ที่สำคัญยิ่งสามารถรับ Aerogels ประสิทธิภาพสูงพร้อมโครงสร้างที่สมบูรณ์อุปกรณ์มีราคาแพงการใช้พลังงานสูง เทคโนโลยีเช่นการอบแห้งความดันในบรรยากาศไปข้างหน้าและการอบแห้งแบบแช่แข็งและรวมการเพิ่มประสิทธิภาพสารตั้งต้นเข้ากับการควบคุมอัตโนมัติเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการเตรียมการและลดค่าใช้จ่ายโดยรวม .
นอกจากนี้ความสามารถในการปรับตัวด้านสิ่งแวดล้อมที่ไม่ดียังเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่ จำกัด การส่งเสริมการส่งเสริมของ aerogels . เนื่องจากโครงสร้างความพรุนสูงนั้นง่ายต่อการดูดซับความชื้นการเข้าน้ำจะทำให้รูขุมขนพังทลาย ความเสถียรและความทนทานในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งเช่นความชื้นลมและฝนและอัลตราไวโอเลตสูง .
ในอนาคตการพัฒนาของ Aerogels ไม่เพียง แต่จะแก้ปัญหาของ "เปราะบางยากต่อการผลิตและไม่ทนต่อสภาพอากาศ" แต่ยังพัฒนาไปในทิศทางของการรวมกลุ่มที่มีอเนกประสงค์เช่นการให้สารหน่วงไฟ
ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของวัสดุด้านวิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีการเตรียมการการพัฒนาของ Aerogels กำลังก้าวไปสู่ทิศทางที่หลากหลายและมีประสิทธิภาพสูงและการบูรณาการมัลติฟังก์ชั่นจะกลายเป็นจุดสนใจของการวิจัย airgel . นอกเหนือจากการป้องกันความร้อนที่ยอดเยี่ยม ตอบสนองความต้องการของประสิทธิภาพหลายอย่างในด้านการก่อสร้างการขนส่งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ . แต่ยังขยายพื้นที่แอปพลิเคชันของ Aerogels ในการผลิตอัจฉริยะและอุปกรณ์ระดับสูง .
การออกแบบ Bionic เป็นอีกทิศทางที่สำคัญในการปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของ Aerogels . โดยการวาดโครงสร้างในธรรมชาติเช่นโครงสร้างคอมโพสิตชั้นของแม่ของมุกหรือการจัดเรียงนาโนของผมหมีขั้วโลก คุณสมบัติที่มีแสงสว่างและมีรูพรุนเป็นพิเศษขยายศักยภาพการใช้งานของ Aerogels อย่างมากในชุดป้องกันที่ยืดหยุ่นการบินและอวกาศและสาขาอื่น ๆ .}
แนวคิดของการป้องกันสิ่งแวดล้อมสีเขียวทำให้กระบวนการเตรียมการของ Aerogels กลายเป็นยั่งยืน . การพัฒนาของวัสดุ airgel บนพื้นฐานของวัตถุดิบที่มีพื้นฐานทางชีวภาพเช่นเซลลูโลส airgel ไม่เพียง แต่ช่วยลดการพัฒนาของซากดึกดำบรรพ์ อุตสาหกรรม Airgel จะกลายเป็นทิศทางที่สำคัญสำหรับการผลิตที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมในอนาคต .
Airgel ได้กลายเป็นอาหารเสริมที่สำคัญสำหรับวัสดุฉนวนกันความร้อนแบบดั้งเดิมเนื่องจากประสิทธิภาพของฉนวนกันความร้อนทางความร้อนที่ยอดเยี่ยมและโครงสร้างที่มีรูพรุนที่มีน้ำหนักเบา . แม้จะมีความท้าทายเช่นความเปราะบางสูงค่าใช้จ่ายในการเตรียมการสูง การบูรณาการมัลติฟังก์ชั่นและการออกแบบไบโอนิคตระหนักถึงการบูรณาการของฟังก์ชั่นหลายอย่างเช่นฉนวนกันความร้อนความร้อนฉนวนกันความร้อนการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและมุ่งเน้นไปที่การป้องกันสิ่งแวดล้อมและความยั่งยืน . เมื่อเทคโนโลยียังคงเติบโตขึ้น เป้าหมาย .