什麼是氣凝膠?如何分析氣凝膠特性?

發佈:2018-05-31, 週四
氣凝膠隔熱隔火

氣凝膠 (Aerogel) 是一種以二氧化矽為主要成分的奈米級超輕量多孔固體人造發泡材料,是從果凍般的矽膠中,脫出大部分的流質成分後乾燥而成。它呈現 3D 立體網狀架構,內部空間有99%以上都是空氣,密度只有3mg/cm3。可想而知,氣凝膠的質地很輕,比表面積大。不過,氣凝膠並不柔軟脆弱,事實上它有著優異的附載能力,但一旦超過能夠承受的力道,氣凝膠便會像玻璃一樣破碎。

基於上述多孔特性原理,氣凝膠成為優良的絕熱材料,在一般環境壓力下,其熱傳導係數約為0.02 W/m-K 左右,比PU發泡隔熱材料還好,而且不會燃燒,受高溫僅會碳化,不過它對熱輻射的隔離能力很差。

由於氣凝膠的內部幾乎是空氣,讓它的折射率低到很接近空氣,透光性好。在較昏暗的環境中,可反射出柔柔的藍光,而在明亮的環境中,會呈現淡黃色。此外,氣凝膠有強大的吸水能力,放在手上會讓皮膚乾燥,但透過化學製程浸泡化學鹼,可以讓氣凝膠轉為疏水性材質。

目前氣凝膠已經被應用在隔熱與防火材質、保溫材料、電容器、藥物緩釋材、防彈塗層、雷達波吸收材料、能源材料。在這些應用領域的研究中,主要是探究氣凝膠的熱傳導係數與材料物性(密度、耐壓、質量...等)。目前測量熱傳導係數的方法有很多種,比方瞬態平面熱源法、雷射閃光法、時域熱反射法,而比較新穎的改良瞬態平面熱源法,將熱源與感測器設計在樣品接觸面的同一邊。

加拿大的 C-Therm 儀器公司是這個方法的世界領導品牌。C-Therm 的 TCi 熱傳導儀在測量時,僅需要將熱傳導儀的感測頭放置於樣品的平面,數秒鐘之內便能測得樣品的熱傳導係數。而且可以測量固體、液體、粉體、膠體樣品,最小的樣品尺寸約為 18mm (0.71英寸)。TCi 熱傳導儀有專門為氣凝膠所設計的量測模組,能夠將氣凝膠的測量最佳化,最低導熱係數的下限,可以到達 0.01W/m-K,為氣凝膠的測試提供了強大的支持。以下以 TCi 熱傳導儀的測試結果,與額定值相差不到 4%。又快又精準。

Compare The Thermal Conductivity Test Result of TCi and Specifications
TCi 測試結果與產品規格比對

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