什么是气凝胶?如何分析气凝胶特性?
气凝胶 (Aerogel) 是一种以二氧化矽为主要成分的奈米级超轻量多孔固体人造发泡材料,是从果冻般的矽胶中,脱出大部分的流质成分后干燥而成。它呈现 3D 立体网状架构,内部空间有99%以上都是空气,密度只有3mg/cm3。可想而知,气凝胶的质地很轻,比表面积大。不过,气凝胶并不柔软脆弱,事实上它有着优异的附载能力,但一旦超过能够承受的力道,气凝胶便会像玻璃一样破碎。
基于上述多孔特性原理,气凝胶成为优良的绝热材料,在一般环境压力下,其热传导系数约为0.02 W/m-K 左右,比PU发泡隔热材料还好,而且不会燃烧,受高温仅会碳化,不过它对热辐射的隔离能力很差。
由于气凝胶的内部几乎是空气,让它的折射率低到很接近空气,透光性好。在较昏暗的环境中,可反射出柔柔的蓝光,而在明亮的环境中,会呈现淡黄色。此外,气凝胶有强大的吸水能力,放在手上会让皮肤干燥,但透过化学制程浸泡化学碱,可以让气凝胶转为疏水性材质。
目前气凝胶已经被应用在隔热与防火材质、保温材料、电容器、药物缓释材、防弹涂层、雷达波吸收材料、能源材料。在这些应用领域的研究中,主要是探究气凝胶的热传导系数与材料物性(密度、耐压、质量...等)。目前测量热传导系数的方法有很多种,比方瞬态平面热源法、雷射闪光法、时域热反射法,而比较新颖的改良瞬态平面热源法,将热源与感测器设计在样品接触面的同一边。
加拿大的 C-Therm 仪器公司是这个方法的世界领导品牌。C-Therm 的 TCi 热传导仪在测量时,仅需要将热传导仪的感测头放置于样品的平面,数秒钟之内便能测得样品的热传导系数。而且可以测量固体、液体、粉体、胶体样品,最小的样品尺寸约为 18mm (0.71英寸)。TCi 热传导仪有专门为气凝胶所设计的量测模组,能够将气凝胶的测量最佳化,最低导热系数的下限,可以到达 0.01W/m-K,为气凝胶的测试提供了强大的支持。以下以 TCi 热传导仪的测试结果,与额定值相差不到 4%。又快又精准。
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