论文总字数：31489字

摘 要

SiO₂气凝胶具有独特的纳米多孔结构，将其制成粉末后可用于多个领域，特别是在建筑节能领域有着巨大应用前期。探索SiO₂气凝胶粉末本体传热过程与其结构之间的关系是SiO₂气凝胶材料应用的基础，为后续复合保温材料研发提供理论指导和技术支持。

本文采用了激光粒度计、气体吸附法等多种方法对SiO₂气凝胶本身结构进行了表征，并对相关性能进行了测试，为复合保温材料研发和模型计算提供了基础。

在综述SiO₂气凝胶导热系数的计算模型和理论的基础上，针对SiO₂气凝胶纳米效应和气固耦合效应开展研究。由于SiO₂气凝胶制备工艺和来源的不同，本文所用的SiO₂气凝胶粉末不完全在纳米层次，为此在经典模型计算时引进粒度的影响，对经典模型尝试性地进行了修正，并使模型的计算误差有所降低。

本文初步研究了将SiO₂气凝胶粉末掺入到水泥基中，制备出含有二氧化硅气凝胶粉末的水泥基复合保温材料。试验结果表明：二氧化硅气凝胶粉末掺入会降低水泥基复合保温材料的导热系数，随着掺量的增加，水泥基复合保温材料的导热系数降低幅度增大。基于试验结果，尝试对水泥基复合保温材料导热系数计算模型进行了探索。

关键词：SiO₂气凝胶 导热系数 导热计算模型 水泥基复合保温

Abstract

Nowadays，in the promotion of green environmental protection economy, the research and development of new thermal insulation materials is a positive practice to support government. SiO₂ aerogels, as a new kind of thermal insulation materials, have excellent performances and have broad application prospects in related fields.

In this paper, the structure characterization and performance test of SiO₂ aerogels have been carried out by various methods. Based on the experimental environment and conditions, some data have been obtained. These data provide the basis for the later experiment and model building analysis, and the data which are limited by the experimental conditions are not accurate and complete, which has a certain impact on the later work.

To calculate the thermal conductivity of SiO₂ aerogels, Firstly introduce basic principle of heat transfer of SiO₂ aerogel. Then based on the previous work performance and test and structural characterization, it is realized that because of the production, SiO₂ aerogel’s quality is different which means the particle scale is different, so it is consideed that particle size may influence the model. Try to correct the model andwhich educe the error.

In this paper, SiO₂ aerogel powder was incorporated into cement base to prepare cement based composite insulation material containing silica aerogel powder. The test results show that the thermal conductivity of cement based composite insulation material is reduced by adding silica aerogel powder, and the thermal conductivity of cement based composite thermal insulation material decreases with the increase of dosage. Based on the experimental results, the calculation model of thermal conductivity of cement based composite thermal insulation material is explored.

KEY WORDS: SiO₂ aerogels, thermal conductivity, heat conduction calculation model , cement based composite thermal insulation

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 SiO₂ 气凝胶及其复合材料的应用进展 1

1.2.1 SiO₂气凝胶及其应用现状 1

1.2.2 SiO₂气凝胶制备技术 2

1.2.3 SiO₂气凝胶复合材料的研究进展 3

1.3 SiO₂气凝胶及其复合材料导热系数模型的研究进展 3

1.3.1 SiO₂气凝胶的隔热机理 3

1.3.2 SiO₂导热系数模型的研究进展 4

1.3.3 SiO₂气凝胶复合材料导热系数模型的研究进展 4

1.4 研究意义、目的及内容 4

1.4.1 研究意义 4

1.4.2 研究目标 5

1.4.3 研究内容 5

第二章 SiO₂气凝胶的结构表征和性能测试 6

2.1微观结构 6

2.2粒度测量 7

2.3密度表征 9

2.3.1 堆积密度的测量 10

2.3.2表观密度的测量 10

2.4比表面积与孔隙率测试 11

2.5导热系数测量 11

2.6 气凝胶粒度分析 12

第三章 SiO₂气凝胶导热系数计算模型 13

3.1 SiO₂气凝胶导热系数计算模型的假设 14

3.1.1 纳米尺度效应 14

3.1.2气相导热 14

3.1.3固相导热 15

3.1.4辐射传热 16

3.2 SiO₂气凝胶导热系数计算模型 16

3.2.1气固耦合导热 16

3.2.2气凝胶导热系数计算模型 18

3.3预测结果与试验结果比较 19

第四章 掺加气凝胶的水泥基复合材料导热系数初探 21

4.1水泥基复合材料的结构表征和性能测试 21

4.1.1复合材料基本参数 21

4.1.2微观结构 22

4.1.3导热系数测量 22

4.2气凝胶掺量对导热的影响 24

4.3 水泥基复合材料导热系数计算模型 24

第五章 结论与展望 28

5.1本文主要结论 28

5.2 展望 28

参考文献 30

致 谢 32

第一章 绪论

1.1引言

随着社会经济的迅速发展，对于人类来说，能源的需求量一直在增大，而能源需求量与供给量的矛盾也同时加剧，对社会经济的正常快速发展有着严重的影响甚至是制约。一定意义上说，提高能源的利用率和合理开发可再生能源是解决社会能源问题的重要手段，而节能降耗减排是实现社会经济可持续发展的有效途径^[1]。保温隔热材料因其可有效降低在生产运输以及实际使用中的能量损耗，已在诸如航天、建筑等方面有着广泛的应用。合理运用保温隔热材料可有效提高能量利用率和实现降耗节能。

新型保温隔热材料在目前主要有两种：真空型和纳米多孔型，而纳米多孔型保温隔热材料相比而在节能方面更有优势。因此，纳米多孔型保温隔热材料的进一步研究从而促进其作用，对保温材料的发展有重要意义，有助于在保温隔热领域的节能降耗的进步。

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