熱傳導-TC 超高絕熱材料氣凝膠(Aerogel)熱傳導測試方法【更新日期: 2023/12/18】

什麼是氣凝膠(aerogel)?

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
 

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。
 

▲熱傳導係數儀

▲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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