图1。1。1 气凝胶微观结构及传热方式

表1。1。1 气凝胶材料的特点及其应用

属性 特点 应用

热学特性 最好的固体隔热材料，耐高温 建筑设备隔热材料，太空飞行器隔热材料，铸造模具

密度/比表面积/孔隙率 最轻的合成固体材料，高比表面积，高孔隙率 催化剂，吸附剂，传感器，离子交换

光学特性 低折射指数，透明 透光材料；光耦合材料

声学特性 最低的声速材料 测距仪，传感器的阻抗匹配器，扬声器，建筑吸声材料

电学特性 最低的介电常数，高的介电强度、绝缘强度 真空电极的间隔器，电容，集成电路的介电材料

现代工业、航空航天等领域对隔热材料的要求越来越高，传统隔热材料已经无法满足这种高要求，气凝胶隔热材料的出现为这些产业和领域提供了新的动力。要使气凝胶隔热材料在这些领域得到更好的应用，就必须对其传热规律、热导率的影响因素进行研究。由于气凝胶的纳米多孔结构，当孔径为毫米级时，几乎可以忽略对流传热，传热方式可视为只有导热和辐射两种[3]。在高温下，SiO2气凝胶对3~8μm波段的红外辐射透过性较强[4]，是影响其隔热能力的主要因素，为减少SiO2气凝胶在高温下的辐射传热，通常采用添加遮光剂的方法，同时为改善力学性能，通常还添加纤维以增强SiO2气凝胶的强度。

制备遮光剂与气凝胶复合材料的方法有两种：一是将SiO2气凝胶浸泡于金属溶液中，金属离子通过扩散作用进入SiO2网络，经过干燥得到遮光剂与SiO2气凝胶复合材料，这种方法适用于金属遮光剂；二是将金属溶液混入硅溶胶—凝胶中，经过溶胶—凝胶过程和干燥过程得到，这种方法适用于非金属遮光剂的掺杂。制备纤维与气凝胶复合材料的一般方法为：将纤维制成纤维预制件，加入SiO2溶胶，经过凝胶陈化，干燥，便得到纤维气凝胶复合材料[1]。论文网

加入遮光剂颗粒和纤维后，辐射传热得到改善，同时导热会增强，为了得到隔热性能最佳的材料，必须研究遮光剂和纤维对SiO2气凝胶复合材料的辐射换热特性的影响规律，SiO2气凝胶的孔隙及骨架结构尺寸为纳米级，添加物一般为微米级。微米级的添加物一方面会因为它们本身的高热导率而增强气凝胶的导热传热，另一方面也会因为它们对辐射热能的吸收、散射作用而减小材料内部的介质辐射传热[5],[6]。因此，建立SiO2气凝胶复合隔热材料的辐射传热计算模型，分析添加物的不同种类、不同浓度以及不同分布方式对SiO2气凝胶复合隔热材料有效热导率的影响是关键问题。

1。2  国内外研究现状

1。3 本文研究内容

本文通过现有的气凝胶多孔材料辐射换热计算理论，以实验得出的纯气凝胶的消光系数以及TiO2遮光剂和SiO2纤维的复折射率为已知量，应用Rossland近似原理和Mie散射理论，用MATLAB设计了计算气凝胶复合材料辐射热导率的程序，计算出了温度为300K~900K时气凝胶复合材料的总消光系数、Rossland衰减系数和辐射热导率，得出了添加物的尺寸、质量分数、分布方式等参数对气凝胶复合材料辐射热导率的影响，探讨了如何通过调整添加物的参数而减小气凝胶复合材料的有效热导率。