罗晓媛
辽宁科技大学 材料与冶金学院 材料化学2011-1班
摘要：近些年，隔热材料以其独特的性能应用于各行各业，从而得到了学者的关注和不断的研究，本文章讲述了隔热材料的基本情况，重点介绍了两种新型隔热材料的特点、研究现状及应用，并在此基础上，综合分析了隔热材料未来发展的趋势。
关键词：隔热材料；气凝胶隔热材料；低热导率；复合型隔热材料；应用；发展 1.概述
随着社会科学的发展，工业的进步，人们对能源的需求不断提高。能源紧张成为困扰国民经济发展的重大问题，迫使工业部门重新考虑能源的开发利用方式和节能的措施。近30年来，人们一方面致力于研究各种新型的隔热节能材料，另一方面又更加关注能源的生产、转换、存储、节约等有关材料的其他高温热学性能，出现了许多用于能源开发和利用的功能保温隔热材料。
隔热材料是指具有绝热性能、对热流可起屏蔽作用的材料或材料复合体，通常具有质轻、疏松、多孔、导热系数小的特点，工业上广泛用于防止热工设备及管道的热量散失，或者在冷冻和低温使用，因而隔热材料又称为保温或保冷材料。同时，隔热材料的多孔或纤维状结构具有良好的吸声功能，因而也广泛用于建筑行业[1]。
1.1 隔热材料的分类
根据材质可分为无机隔热材料、有机隔热材料、金属及其夹层隔热材料。其中无机隔热材料又可分为：天然矿物，人造材料。有机隔热材料可以分为：天然有机类，人造或合成有机类，蜂窝材料。金属及其夹层隔热材料可以分为：金属材料，金属箔与有机或无机材料的夹层（或蜂窝）复合材料[2,3]。实际应用中，热工设备及管道用保温材料多为无机隔热材料，这类材料具有不腐烂、不燃烧、耐高温等特点；而普冷下的保冷材料多采用有机隔热材料，这类材料具有导热系数极小、耐低温、易燃等特点。
另外，根据材料的使用温度可以分为：低温隔热材料（低于600℃、中温隔热材料（600~1200℃）、高温隔热材料（高于1200℃）；根据材料的结构可以分为：气相连续固相分散隔热材料、气相分散固相连续隔热材料和气相固相都连续隔热材料。
频率补偿电路2.两种新型隔热材料的特点及其应用
2.1气凝胶隔热材料
气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的一种纳米孔网络结构，常见的SiO2气凝胶是由SiO2网络骨架和填充在纳米孔隙中的气体所构成的一种高分散固体材料。由于SiO2导电碳油气凝胶的密度仅为30~100kg/m3，并具有80%以上的孔隙率,因此,在常温下SiO2气凝胶的热导率仅为0.02W/(m·K)，是一种典型的轻质、高效隔热材料,并在航空航天、能源、化工等很多领域中得到广范应用。
SiO2气凝胶隔热材料通常采用溶胶—凝胶方法结合超临界干燥技术制备而成。可以通过改变原材料配方组成来控制气凝胶的结构，以满足满足不同环境的使用要求。在工业领域中,为了能够使SiO2气凝胶在较高的温度环境下使用并达到更好的隔热效果，通常对气凝胶进行掺杂改性处理或者与其他隔热材料复合使用[4,5,6]。
2.1.1气凝胶的隔热特性
SiO2气凝胶的热量传递是通过固相热传导、气相热传导和辐射热传导三种方式共同完成。固相热传导是任何材料本身固的特性。SiO2气凝胶是由若干Si-O-Si基团相互连接聚集形成的纳米三维网络骨架结构，这种网络结构大大增加了热量再气凝胶固体骨架传递的通路，形成“无限长路径效应”[7]，使气凝胶材料的固体热导率几乎降到最低。气相传导仅认为是气体本身引起的热量传递。SiO2气凝胶的气体传导与气体分子的碰撞程度有关。SiO2气凝胶的气相热导率随密度的增加而减小，但是增加气凝胶密度的同时，固相热导率也随之增大，因此，有效降低气凝胶气相热导率的方法就是降低气凝胶内部的压力，减小气体分子的碰撞几率。在实际应用过程中可以根据实际使用温度环境来衡量辐射热导率的影响。当冷热面温差在100℃以上时，辐射传热起主要作用，通过掺杂得到的气凝胶隔热材料可以在高温环境下起到很好的隔热效果[8]。
2.1.2气凝胶隔热材料的应用
气凝胶独特的网络结构及高孔隙率和低密度等特点导致了气凝胶本身具有很大的脆性，并且在温度较高的环境中，半透明的气凝胶材料很难阻抗辐射热导率的影响。因此，在很多领域中，气凝胶很难作为隔热材料单独进行使用，需要与其他材料复合才能达到实际的
使用效果。
20世纪抛光毛刷90年代以来，国内外许多科学工作者利用不同的纤维材料来增强气凝胶材料的韧性。国内同济大学的王珏等在硅气凝胶中加入玻璃纤维，大大增加了硅气凝胶的弹性模量，改善了其比较脆弱的力学性能。在民用领域中，瑞士和德国采用气凝胶设计的透明玻璃墙体，是一种能够有效积累太阳能热量并防止热量散失的节能材料；美国Cabot公司与Kalwall公司共同开发的硅气凝胶夹芯板，透光率达到20%，美国Aspen气凝胶公司将气凝胶与纤维等增强体复合已经制备出柔性气凝胶隔热毡，并且应用于管道、飞机、汽车等保温体系中。2001年美国“旋翼飞行器的轻质隔热材料研究(LTIR)“以及”气凝胶与航天器生存能力(ARIAS)”研究计划在AATD和JTCG基金资助下开展了气凝胶的研究，并且制备了温度在350~1000℃性能优良的多孔纳米气凝胶。与传统绝热材料相比，质量更轻、体积更小、厚度更薄的纳米孔超级绝热材料可以达到与之等效甚至更好的隔热效果。
2.2复合保温隔热材料
传统耐火材料具有高温强度的特点，但隔热性能欠佳；而一般隔热材料具有优异的隔热性能，但缺乏高温强度。因此，兼有优良隔热性能和高温强度复合功能的耐火隔热材料成
为新的研究热点，其技术关键是在材料配方设计和工艺研究中如何协调和兼顾隔热性能和高温强度这2个相互制约的物性[9]。复合硅酸盐保温材料具有可塑性强、导热系数低、耐高温、浆料干燥收缩率小等特点，主要种类有硅酸镁、硅镁铝、稀土复合保温材料等。
2.2.1复合保温隔热材料的应用
近年出现的海泡石保温隔热材料作为复合硅酸盐保温材料中的佼佼者，由于其良好的保温隔热性能和应用效果，已经引起建筑界的高度重视清烟器，显示出强大的市场竞争力和广阔的市场前景[10]。硅酸铝耐火纤维作为高温隔热材料和耐火材料已有很长的历史，近年来，这种材料又作为隔热材料被用来制备新的薄层陶瓷纤维复合材料隔热层，并在航空航天领域获得广泛应用，尤其在要求质量轻和占用空间有限的隔热部位，这种材料得到了最有效的利用，达到了理想的热防护效果。目前，许多国家都开展了对硅酸铝纤维的研制和应用工作，其中美国、日本、英国等处于领先地位。美国的Carborudum公司已经制造出厚度达0.8mm 的硅酸铝纤维纸，这种纤维纸具有质量轻、热导率小和耐火等特点[11]。国内哈尔滨工业大学赫晓东等[12]以硅酸铝纤维纸和石英纤维网为基体隔热材料，高温粘结剂为间隔层，添加疏水性SiO2气凝胶为隔热填料，采用粘结工艺制备出新型的复合高温隔热材料，
具有轻质、耐高温和导热系数低的优异综合性能。
3.隔热材料的进展
sb4 隔热材料以其优异的隔热性能和广泛的应用领域成为当今的研究热点，随着社会的进步，对隔热材料性能方面的要求也在逐渐提高。今后对隔热材料的研究主要从以下几个方面进行：
(1)针对不同应用领域的要求，要把现有的隔热材料高性能化。
(2)将现有隔热材料多功能复合化，寻求一种技术性能更全面、更优越的多功能复合型隔热材料。
(3)在原料选择及生产过程中，尽量避免资源浪费和环境污染，发展环保友好型隔热材料。
(4)利用最新科研手段(如纳米技术)研制超级隔热材料。
4.结语
为了应对世界能源危机，隔热保温材料将会迎来一个持续的发展热潮。积极寻求和开发科技含量高、性能优良且稳定、使用寿命长、制造成本低、环境友好的隔热保温材料必定是未来发展的重点及热点。
参考文献
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