Hot Disk 超高绝热材料气凝胶(Aerogel)热传导测试方法【更新日期: 2023/12/18】

气凝胶(aerogel)是一种内部网络结构充满气体，外表呈现固体状密度极低的多孔材料，1931年由美国 Kistler.S.发明。因轻若薄雾蓝色泛蓝，又被
称为「蓝烟」，是目前较轻的固体材料。它的网络结构一般是由相互交联的纳米颗粒所组成，其中颗粒内部的孔隙主要是微孔,颗粒与颗粒之间则大多是2 nm上的中孔或大孔。
气凝胶具有低密度(~ 0.16 mg/cm3)、 高比表面积(400-1000 m2g-1)、高孔隙率(90%-99.8%)、低热导率(~ 0.012 Wm-1k-1)、 结构可控等诸多优异性能，因此被称为改变世界的神奇材料。

 

气凝胶(aerogel)的特性

♦ 高比表面积

气凝胶的重要特性之一是高比表面积，因为具有奈米级的多孔结构，所以比表面积高达 1,000 m2/g 以上。此外，气凝胶也有低热传导系数的特性。

♦ 低热传导系数

空气是良好的热绝缘体，在多孔材料的结构中，空气占的比率称为孔隙率，气凝胶(aerogel)的孔隙率可高达 99％ 以上，因此它的热传导系数可以低到 0.0015 W/m-K，大约是一般常见的隔热材料硬质泡棉的 1/17。以一个较为简单的比较来说，一块气凝胶的隔热效果，相当于 10 ~ 20 块玻璃，因此是一种优异的隔热材料。也因为空气占绝大部分的体积比率，所以气凝胶的密度极低。
 

气凝胶(aerogel)的应用
 

▲热传导系数仪

气凝胶因其独特的性质，应用领域也十分广泛，以下介绍几种特殊的应用。隔热与防火材：气凝胶因为内部的空气占有大部分的体积，所以隔热效果极佳。 在隔热的应用上，范围较为广泛，以日常生活来说，可以制作成大型的隔热窗做为建材使用。节约能源和环境保护是目前重要的议题，为了减少核能废料或火力发电所使用的燃料，太阳能发电成为一个新的主流，而为了提高收集太阳能的效率与减少热能的损失，可以利用气凝胶包覆在太阳能储存系统内，以减少热能的损失。 依照ISO22007-2.2标准测试方法，HotDisk对于一般固体、液体、胶体、膏状、薄膜或高热传片状材料皆有测试规范，而在2015年修正的版本，也新增了低热传导系数材料的测试方法，因此像气凝胶(aerogel)等低热导材料，利用HotDisk测量热传导系数是非常适合的

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

 

ISO 22007-2 规范之量测范围：

►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

由结果可得知，气凝胶(aerogel)的热传导系数极低，约为0.0155w/m*K，Hot Disk特有的低密度/高绝缘测试法，考虑到低热传材料的特性，此测试法可精准校正热损失，其计算的方式会加入探头本身的比热容等参数，有效提高测试精度，得到较接近材料实际的热传导系数，进而测量到如气凝胶、隔热泡绵、玻璃纤维绵等超低热导的绝热材料。