关于纳米隔热(绝热)材料的概念或定义
纳米隔热材料是指通过纳米技术设计和制造的、具有超级隔热性能的材料。这些材料利用纳米尺度(通常为1到100纳米)下的独特物理、化学和结构特性,能够显著降低热传导、对流和辐射的传热速度,从而实现超级高效的隔热效果。纳米隔热材料不仅具有很低的导热系数,往往还具备轻薄、耐久等优点。
纳米隔热材料的范畴其实较广,也有很多种分类方法,其中较为常见的分类方法有如下五种。
1)按材料的结构及其隔热机理分类
纳米纤维绝热材料:由直径在纳米级别的纤维组成,如微纳陶瓷纤维等。纳米纤维的高比表面积和低密度使其具有优异的隔热性能。
气凝胶复合绝热材料(Aerogel Composite Insulation,纳奇保温材料):基于二氧化硅、氧化铝等气凝胶制备技术,通过复合其他材料(如纤维、颗粒)增强其机械强度和耐久性。气凝胶复合材料具有极低的导热系数,常用于中低温管道和罐体等设备。
微孔纳米隔热材料(Microporous Insulation,微纳绝热材料):含有大量的纳米级孔隙,传热路径被极大地延长,内部孔隙小于空气分子的自由行程,能有效抑制固相传热和对流传热,另添加有高效的反热辐射材料,从而拥有与气凝胶复合材料相当的常温导热系数,以及极低的高温导热系数(高温绝热性能是后者的2~4倍),是极为卓越的高温绝热材料,非常适用于工业高温绝热、被动防火隔热以及高温电器等新兴制造领域。
真空纳米绝热材料(VIP的一种):以微纳绝热材料作为芯材,外部包裹气密屏障膜,内部空气被抽空后形成真空绝热板(VIP)。和以玻纤作为芯材的VIP材料不同,这类VIP绝热材料不仅具有极低的导热系数,而且即使真空度消失,其常温绝热性能仍可媲美气凝胶复合隔热材料,主要用于对温度控制极严格的冷链运输箱等高端需求领域。
其他纳米复合绝热材料:结合多种隔热机制,如纳米纤维、纳米孔、纳米中空纤维等,尚未有成熟的产品报道,但不乏科研人员正为之而孜孜探索。
2)按纳米隔热材料的制备方法分类
化学制备法纳米绝热材料:气凝胶复合材料(Aerogel composite insulation,通过溶胶-凝胶法、超临界干燥等化学工艺制备,常见于二氧化硅、氧化铝等气凝胶材料)、纳米纤维绝热材料(通过电纺丝、溶液吹纺等技术制备,形成纳米级纤维结构)以及纳米中空隔热材料(通过模板法、自组装等技术制备,形成中空结构的纳米颗粒或纤维)等等。
物理制备法纳米绝热材料:微孔纳米绝热材料(Microporous Insulation,通过物理配料和机械混合等方法制备,形成纳米多孔结构,国内常称为“纳米微孔隔热材料”)、纳米VIP保温材料(通过物理搅拌、真空封装等技术制备,形成真空绝热板VIP)以及特殊用途的纳米隔热制品(比如航空航天等领域的高性能复合隔热材料)。
混合制备法纳米绝热材料:如气凝胶隔热涂料(将化学制备的气凝胶粉体与树脂、溶剂等进行物理混合,制成可喷涂或涂刷的隔热涂料),以及处于材料前沿的其它纳米复合绝热材料(结合化学和物理制备方法,开发出具有多种隔热机制的复合绝热材料,如气凝胶与纤维复合、纳米孔与中空纤维复合等)。
3)按材料制品是否具有固定形态或形状分类
4)按纳米绝热材料的具体形态分类
硬质纳米隔热板材:如真空绝热板(VIP)、气凝胶板材等,适用于冷链运输、建筑及工业等领域。
柔性纳米隔热卷材:如气凝胶复合卷毡、微纳柔性绝热毯、纳米纤维毡等,具有良好的柔韧性和可弯曲性,适用于管道、罐体及其它复杂形状的保温隔热。
柔性纳米隔热板材:如微纳柔性绝热板等,兼具一定的强度和百叶式可弯曲的包裹特性,适用于工业管道、罐体及其它高温设备。
柔性纳米隔热片材:如气凝胶复合隔热片、微孔纳米隔热片等,适用于局部隔热需求场合。
柔性纳米隔热带及绳:如纳米隔热带、纳米绝热盘根等,适用于狭长或线状结构的密封绝热。
模压纳米隔热管壳:通过模压成型的高性能隔热管壳,适用于高效保温节能的工业高温管道系统。
异形纳米隔热件:通过钻、铣、切、压等二次加工工序制成的具特定形状的隔热件,适用于特定产品和特殊设备的局部保温隔热。
按化学组成,纳米绝热材料还可以分为有机纳米绝热材料、无机纳米绝热材料、复合纳米绝热材料等三大类。可参考《化学组成成分是材料分类方法的主要依据之一》。