制备条件对二氧化硅气凝胶导热系数的影响研究

论文摘要

SiO2气凝胶是目前世界上最轻的固体纳米材料,它特殊的内部纳米网络结构使其具备了许多特殊的性质,如超低导热系数等,使气凝胶在保温隔热领域引起了越来越多的关注。为获得低导热系数的气凝胶,需要研究制备条件及材料微结构对气凝胶导热系数的影响。本文采用常压法制备气凝胶,用Hot Disk导热系数仪测试其导热系数。研究了制备条件（乙醇、去离子水、正硅酸乙酯、酸、碱、修饰浓度、修饰时间、老化时间、凝胶温度等）对气凝胶导热系数的影响。在此基础上研究分析了,气凝胶微结构（孔径、比表面积）对导热系数的影响,并着重探讨了酸、碱、老化时间等制备条件对气凝胶辐射导热系数的影响。最后,本文利用气凝胶导热系数小球构成的杆状立方列结构模型,对影响气凝胶导热系数的因素进行了理论分析。本文结果发现制备条件对气凝胶导热系数有较大影响。气凝胶导热系数随着乙醇、去离子水及正硅酸乙酯用量的增加,呈现先减小后增大的变化趋势。在酸性条件下,气凝胶导热系数随着PH值的增加先增大后减小,当PH值等于3时,测得同组内最低导热系数28.11 mW/（m?K）。在碱性条件下、气凝胶导热系数随着PH值的增加按先减小后增加的曲线变化,当PH值等于8.5时,测得同组内最低导热系数29.87 mW/（m?K）。气凝胶导热系数随着修饰浓度、修饰时间、老化时间的增加逐渐减小。本文的研究结果还发现制备条件对（酸、碱、修饰时间）对气凝胶辐射导热系数影响不大。本文还研究了气凝胶的微结构（孔径、比表面积）对其导热系数的影响。研究发现,气凝胶的微结构对气凝胶的导热系数影响很大。气凝胶的导热系数随平均孔径的增大逐渐增大,随着比表面积的增大逐渐减小。通过应用气凝胶导热系数小球构成的杆状的立方列结构模型分析表明,常温下辐射传热占气凝胶总传热量的比例不大;而在高温下（温度高于500K）,辐射传热成为气凝胶的主要传热方式。模型研究结果还发现气凝胶导热系数中的固相导热系数随其密度的增大而逐渐增大;辐射导热系数、气相导热系数随其密度的增大而逐渐减小,因此气凝胶存在一个最低导热系数的最佳密度值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 2 气凝胶超级绝热材料'>1.2 Si0₂气凝胶超级绝热材料
• 1.2.1 绝热材料
• 1.2.2 气凝胶绝热材料
• 1.3 气凝胶绝热材料发展及研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 气凝胶常压制备条件对导热系数的影响研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 气凝胶超级绝热材料保温隔热的应用
• 1.5.1 气凝胶保温隔热机理
• 1.5.2 气凝胶在建筑玻璃中保温隔热的应用
• 1.5.3 气凝胶其它保温隔热的应用
• 1.6 研究内容
• 1.6.1 课题的提出及研究意义
• 1.6.2 研究内容
• 2 气凝胶常压工艺制备及表征'>第二章 Si0₂气凝胶常压工艺制备及表征
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验设备
• 2.3 实验内容
• 2.4 实验过程
• 2.5 性能测试及分析方法
• 2.5.1 导热系数的测定
• 2.5.2 密度的测定
• 2.5.3 红外光谱的测定
• 2.5.4 比面积和孔径分布测定
• 2.5.5 接触角的测定
• 第三章 气凝胶制备实验结果分析与讨论
• 3.1 制备条件对气凝胶导热系数的影响
• 3.1.1 乙醇用量对气凝胶导热系数的影响
• 3.1.2 去离子水量对气凝胶导热系数的影响
• 3.1.3 正硅酸乙酯用量对气凝胶导热系数的影响
• 3.1.4 酸对气凝胶导热系数的影响
• 3.1.5 碱对气凝胶导热系数的影响
• 3.1.6 修饰浓度对气凝胶导热系数的影响
• 3.1.7 修饰时间对气凝胶导热系数的影响
• 3.1.8 老化时间对气凝胶导热系数的影响
• 3.1.9 凝胶温度对气凝胶导热系数的影响
• 3.1.10 热处理温度对气凝胶导热系数的影响
• 3.2 气凝胶微结构对导热系数的影响
• 3.2.1 气凝胶微结构特征
• 3.2.2 气凝胶微结构表征
• 3.2.3 气凝胶微结构对导热系数的影响分析
• 3.3 制备条件对气凝胶辐射导热系数的影响
• 3.3.1 辐射导热系数
• 3.3.2 酸对气凝胶辐射导热系数的影响
• 3.3.3 碱对气凝胶辐射导热系数的影响
• 3.3.4 修饰时间对气凝胶辐射导热系数的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 影响气凝胶导热系数的因素分析
• 4.1 气凝胶导热系数模型理论
• 4.1.1 固气接触部位导热
• 4.1.2 气相导热
• 4.1.3 辐射传热导热
• 4.2 总导热系数
• 4.3 气凝胶导热系数与密度的关系
• 4.3.1 气凝胶辐射导热系数与密度的关系
• 4.3.2 气凝胶气相导热系数与密度的关系
• 4.3.3 气凝胶固相导热系数与密度的关系
• 4.3.4 气凝胶导热系数与密度的关系
• 4.4 气凝胶导热系数与温度的关系
• 4.4.1 气凝胶辐射导热系数与温度的关系
• 4.4.2 气凝胶导热系数与温度的关系
• 4.5 气凝胶导热系数与孔径的关系
• 4.6 气凝胶导热系数与比表面积的关系
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要研究结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 硕士在读期间发表的论文
• 致谢