氣凝膠何以成為超級(jí)熱材料？我們先來看看氣凝膠的超級(jí)熱原理。

圖 8 熱量傳遞的三種基本方式

熱量有三種基本傳遞方式：傳導(dǎo)、對流和輻射。對于保溫材料而言，熱傳導(dǎo)主要由保溫材料中的固體部分來完成；熱對流則主要由保溫材料中的氣體來完成；熱輻射的傳遞不需要任何介質(zhì)。

1992年，美國召開的國際材料工程大會(huì)上提出了超級(jí)熱材料的概念，指在預(yù)定的使用條件下，其導(dǎo)熱系數(shù)低于"無對流空氣"導(dǎo)熱系數(shù)的熱材料。具有納米孔結(jié)構(gòu)的氣凝膠就是典型超級(jí)熱材料。

圖 9 氣凝膠與傳統(tǒng)熱材料導(dǎo)熱系數(shù)對比

氣凝膠的超級(jí)熱性能基于以下原理：

 “無窮長路徑”效應(yīng)：由于近于無窮多納米孔的存在，熱流在固體中傳遞時(shí)就只能沿著氣孔壁傳遞，近于無窮多的氣孔壁構(gòu)成了近于“無窮長路徑”效應(yīng)，使得固體熱傳導(dǎo)的能力下降到接近低限。

“零對流”效應(yīng)：當(dāng)氣凝膠材料中的氣孔直徑小于70nm時(shí)，氣孔內(nèi)的空氣分子就失去了自由流動(dòng)的能力，相對地附著在氣孔壁上，這時(shí)材料處于近似真空狀態(tài)，即產(chǎn)生“零對流”效應(yīng)。

“無窮多遮熱板”的效應(yīng)：由于材料內(nèi)的氣孔均為納米級(jí)氣孔再加材料本身低的體積密度，使材料內(nèi)部氣孔壁數(shù)日趨于“無窮多”，對于每個(gè)氣孔壁來說都具有遮熱板的作用，因而產(chǎn)生近于“無窮多遮熱板”的效應(yīng)，從而使輻射傳熱下降到近乎低限。不過在400℃以上高溫下使用時(shí)，仍然需要加入遮光劑來增強(qiáng)氣凝膠對高溫紅外線的輻射的抵抗。