如何測量氣凝膠毯(Aerogel Blanket)的導熱性? (Thermtest HFM熱流計)

氣凝膠的導熱係數是多少？

氣凝膠毯是研究領域的一項重要的新設計。 氣凝膠的低導熱率（圖 1）是已知的固體導熱率最低的。

氣凝膠是一種源自矽膠的輕質、低密度材料，其中不存在液體，最終被氣體取代。

這種低導熱率和高隔熱能力可歸因於存在充滿空氣的納米級小孔（佔材料的 97%），以及小而分散的二氧化矽固體簇（包圍剩餘的 3%）。 %。 氣凝膠本身極其脆弱，但毯子-凝膠組合是一種靈活的高科技絕緣材料，可用於許多應用，例如航空航天、電器、服裝和管道（圖 1）。這些新設計的毯子結合了氣凝膠的創新熱性能與紡織品的極高靈活性相結合，提供了一種多功能產品，享有世界固體導熱率最低的稱號。

Thermal Conductivity of Aerogel
圖 1. 氣凝膠 1（左）是一種輕質且易碎的材料，導熱係數較低。 然而，當與紡織品結合使用時，它們可以形成靈活耐用的高科技絕緣材料，適用於許多應用，例如管道 2（右）。 氣凝膠的導熱性是其最大的特點。

Thermtest 熱流計方法 (HFM) 旨在測量平板絕緣材料（例如固體、泡沫和紡織品）的熱性能（圖 2）。 該儀器能夠根據 ASTM C518-15（穩態熱傳遞性能標準測試方法）在 -20°C 至 70°C 的溫度範圍內測量 0.005 至 0.5 W/m·K 的熱導率通過熱流計裝置。

如何測量氣凝膠的熱導?

在本實驗中，Thermtest 的研究人員使用 Thermtest 熱流計 (HFM) 測量了氣凝膠毯的熱導率。 該實驗的目的是確認 Thermtest HFM 報告的準確性和精密度，同時發現氣凝膠毯的巨大熱能力。 Thermtest HFM 的報告精度為 0.5% 或更高，報告的測量準確度為 3% 或更高。

heat flow meter measurement
圖 2.Thermtest 熱流計（左）是一種穩態傳熱技術，能夠測量固體、泡沫和紡織品的導熱率，例如氣凝膠導熱毯 3（右）。

氣凝膠導熱係數測試

為了開始測試氣凝膠的導熱性，將毯子放置在 HFM 外殼內。 然後將平行板設置為自動調整至樣本的高度。 當四個數字編碼器（上板每個角各一個）在各自位置執行樣品厚度測量時，自動調整方法就會起作用。 然後計算這些厚度的平均值，並將上板壓縮到樣本上至計算的厚度。 然後，樣品兩側的平行板在恆定但不同的溫度（例如：10 ℃ 和 30 ℃）下通過氣凝膠毯建立穩態一維熱通量（圖 2）。 設置該溫度板差異是為了模擬從溫暖的內部環境到較冷的外部環境的熱損失，反之亦然。

Thermal Conductivity Applications Aerogel 3
圖 3. HFM 門內部視圖。 平行板（紅色和藍色）在所需的中值溫度（例如：20°）下建立穿過測試樣本的一維熱通量。

在測試氣凝膠導熱係數之前，對選定的標准進行初步測試以校準熱通量傳感器。 為了計算熱導率 (λ)，將熱通量傳感器校準、板溫度記錄和板分離測量的值輸入到傅立葉熱傳導定律中：

Thermal Conductivity Applications Aerogel 4

氣凝膠的熱導結果

氣凝膠毯在 20°C 時的導熱係數讀數為 0.024 W/mK。 由於氣凝膠導熱率非常低，因此可以將敏感環境與惡劣環境（例如低溫或熱密集環境）隔離。 目前，氣凝膠氈的主要用途是用於工業和商業建築的隔熱應用。 氣凝膠不僅可以提高建築物的能源效率，而且由於其薄而光滑的特性，可以大大減少建築圍護結構的厚度。

據製造商稱，該氣凝膠毯的已知導熱係數在 100°C 時為 0.023 W/mK。 從這些結果可以看出，規定的製造熱導率與測試所得值之間存在密切相關性。 數據的輕微變化可能是由於測試溫度以及測試時氣凝膠毯的濕度水平的變化造成的。 Thermtest HFM 是一種簡單、快速的方法，用於通過單一穩態測量來確定平板隔熱材料（例如氣凝膠毯）的導熱係數 (W/m·K)。 通過這種 ASTM 可追溯測量技術，用戶可以獲得高精度 (3%) 和精密度 (0.5%)。

(English version, click here)

參考資料

ASTM C518-15, Standard Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2015.

www.astm.org
http://www.innovationintextiles.com/aerotherm-aerogel-insulation-brings-space-technology-to-everyday-life/
http://www.aerogel.com/
http://www.aerogel.com/_resources/common/userfiles/file/Data%20Sheets/Pyrogel_XT_DS.pdf

圖片參考資料

  1. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/69/Aerogelflower_filtered.jpg
  2. http://assets.inhabitat.com/files/211492360_6327a28c5d_o.jpg
  3. http://www.encon.co.uk/sites/default/files/products/images/AspenAerogels_Cryogel-Z_app2.JPG
  4. http://www.aerogel.com/_resources/common/userfiles/file/Data%20Sheets/Pyrogel_XTF_DS.pdf

分享:

更多文章: