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31.May.2018

熱傳導-TC 超高絕熱材料氣凝膠(Aerogel)熱傳導測試方法

文章-橫幅
 
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氣凝膠(aerogel)是一種內部網路結構充滿氣體,外表呈現固體狀密度極低的多孔材料,1931年由美國 Kistler.S.發明。因輕若薄霧藍色泛藍,又被稱為「藍煙」,是目前最輕的固體材料。它的網路結構一般是由相互交聯的納米顆粒所組成,其中顆粒內部的孔隙主要是微孔,顆粒與顆粒之間則大多是2 nm上的中孔或大孔。


氣凝膠具有低密度(~ 0.16 mg/cm3)、 高比表面積(400-1000 m2g-1)、高孔隙率(90%-99.8%)、低熱導率(~ 0.012 Wm-1k-1)、 結構可控等諸多優異性能,因此被稱為改變世界的神奇材料。
 

 

氣凝膠(aerogel)的特性

♦ 高比表面積
氣凝膠的重要特性之一是高比表面積,因為具有奈米級的多孔結構,所以比表面積高達 1,000 m2/g 以上。此外,氣凝膠也有低熱傳導係數的特性。

♦ 低熱傳導係數
空氣是良好的熱絕緣體,在多孔材料的結構中,空氣占的比率稱為孔隙率,氣凝膠(aerogel)的孔隙率可高達 99% 以上,因此它的熱傳導係數可以低到 0.0015 W/m-K,大約是一般常見的隔熱材料硬質泡棉的 1/17。以一個較為簡單的比較來說,一塊氣凝膠的隔熱效果,相當於 10 ~ 20 塊玻璃,因此是一種優異的隔熱材料。也因為空氣占絕大部分的體積比率,所以氣凝膠的密度極低。
 

氣凝膠(aerogel)的應用
 

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氣凝膠因其獨特的性質,應用領域也十分廣泛,以下介紹幾種特殊的應用。隔熱與防火材:氣凝膠因為內部的空氣佔有大部分的體積,所以隔熱效果極佳。 在隔熱的應用上,範圍最為廣泛,以日常生活來說,可以製作成大型的隔熱窗做為建材使用。節約能源和環境保護是目前重要的議題,為了減少核能廢料或火力發電所使用的燃料,太陽能發電成為一個新的主流,而為了提高收集太陽能的效率與減少熱能的損失,可以利用氣凝膠包覆在太陽能儲存系統內,以減少熱能的損失。
 

依照ISO22007-2.2標準測試方法,HotDisk對於一般固體、液體、膠體、膏狀、薄膜或高熱傳片狀材料皆有測試規範,而在2015年修正的版本,也新增了低熱傳導係數材料的測試方法,因此像氣凝膠(aerogel)等低熱導材料,利用HotDisk測量熱傳導係數是非常適合的。
 

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▲圖一樣本照片                             ▲圖二測試結果
 

ISO 22007-2 規範之量測範圍
Thermal Conductivity :0.01 ~ 500 W/mK Specific Heat Capacity :Up to 5 MJ/m3K
Thermal Diffiusivity :0.05 ~ 100 mm2/s Temperature Range :50K ~ 1000K

 

ISO 22007-2 規範之量測範圍:
►Thermal Conductivity:0.01 ~ 500 W/mK
►Thermal Diffiusivity:0.05 ~ 100 mm2/s
►Specific Heat Capacity:Up to 5 MJ/m3K
►Temperature range:50K ~ 1000K

由結果可得知,氣凝膠(aerogel)的熱傳導係數極低,約為0.0155w/m*K,Hot Disk特有的低密度/高絕緣測試法,考慮到低熱傳材料的特性,此測試法可精准校正熱損失,其計算的方式會加入探頭本身的比熱容等參數,有效提高測試精度,得到較接近材料實際的熱傳導係數,進而測量到如氣凝膠、隔熱泡綿、玻璃纖維綿等超低熱導的絕熱材料。


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