2020-02-20 10:02:08
隨著人類在地球和宇宙活動空間的逐漸擴大,人類所面臨的生存環境差異化逐漸顯現,外太空、極地、高山、海洋、火災現場等,溫度與人類所能承受的溫度差異極大,如何保溫隔熱,是保證人身安全的重要課題。氣凝膠作為一種納米多孔固體材料,具有導熱系數低、孔隙率高、密度低等特點,在常溫下熱導率僅為0.013W/(m·K),在所有固體材料中具有最好的保溫性能,是首選的保溫隔熱材料。由于氣凝膠中一般80%以上是空氣,所以有非常好的隔熱效果,一寸厚的氣凝膠相當20-30塊普通玻璃的隔熱功能。即使把氣凝膠放在玫瑰與火焰之間,玫瑰也會絲毫無損。
1、氣凝膠在航空航天服飾上的應用
氣凝膠在航空航天服飾上的應用當前,我國航空航天事業飛速發展,取得了突出的成果,我國的探月工程、火星計劃在近幾年逐一登場。中國人的太空探索的空間由近地軌道太空環境到深空太空環境以及外星球環境擴展,外太空獨特的真空特點和環境特點,不同外太空環境所承受的熱傳導方式不僅與地球有極大的差異,不同太空環境之間也有明顯差異。在近地軌道空間和月球表面,由于具有高真空的環境,宇航服與外界環境的傳熱方式主要是輻射的方式;在火星等星球表面,由于具有星球大氣的保護,輻射成為次要的傳熱方式,宇航服與外界環境的主要傳熱方式是熱對流和熱傳導。由于月球表面的熱流不能通過大氣層得到緩和,因此晝夜溫差極大,月球表面白天受太陽直射表面溫度可達111℃,夜晚月球表面溫度可低至-171℃;火星的環境特點與月球不同,火星的溫度變化具有季節循環性,夏季溫度處于-83~-33℃,冬季溫度處于-123℃~CO2冰點之間。因此,宇航服需具備良好的熱阻能力以及抗熱輻射能力,以維持宇航員始終處于一個相對穩定和舒適的溫度環境中。
2002年美國宇航局將航天材料技術轉為工業應用,利用超臨界技術生產氣凝膠氈制品,被稱為工業領域革命性的保溫方案。此后科研院所、工業企業紛紛開始涉獵氣凝膠的研究與應用,國際上迎來了研發氣凝膠制品的一個浪潮。
2016年11月3日我國新一代大運力運載火箭“長征五號”在海南文昌衛星發射中心成功首飛。其中為火箭燃氣管路系統提供隔熱保溫的,就是我國自主研制的高性能納米氣凝膠隔熱氈。氣凝膠除能被應用在航空航天領域,還可應用于石油化工、高鐵、油田等領域,目前也正在向民用領域拓展。
2、氣凝膠在消防服飾上的應用
消防服作為消防員與外界火源隔絕的屏障,可以避免外界高溫的灼傷。消防服是一種多層織物系統,包括阻燃防火層、防水透氣層和隔熱層。隔熱層可以有效阻擋外界的熱量向人體傳遞,常用的隔熱材料包括相變材料、形狀記憶材料、氣凝膠等。
氣凝膠最佳用途可能要算用作消防員外套制服的保護性隔熱材料。當把氣凝膠涂覆阻燃化學品時,就能讓消防服夠承受高達620℃的溫度,而且消防服的背面溫度與原樣相比降低了100℃,顯著提高了消防服的熱防護性能。另外,氣凝膠重量僅為目前消防員外套使用的保護性絕緣材料的10%左右,且更柔軟、更舒適。
3、氣凝膠復合面料在保溫服飾上的應用
隨著戶外運動興起,越來越多的人參加到這一潮流中。但常規的臃腫的保暖服裝讓參加戶外運動的人員很難在運動中舒展身軀,而加入氣凝膠材料的運動服裝就可以很好解決這方面的問題,穿著以后不但有著良好的保溫性能,還可方便人員的運動,效果非常理想。
利用氣凝膠制造的服裝,面料的重量僅有60g/m2,厚度僅0.5mm,熱導系數達0.0191W/(m·K),真可謂是“輕若鴻毛、薄如蟬翼、暖若晗陽”。這種紡織專用氣凝膠復合保暖材料,可以依靠僅僅3mm的厚度,抗衡-196℃的嚴寒,保溫效果遠超40mm厚羽絨服。這款面料成功生產為服裝開始推向市場,可以說是掀起一場服裝界材料革命。氣凝膠服裝在零下173℃的液氮噴射測試中,衣服的內部溫度仍可保持在28℃左右,而在20℃氣溫下穿著時,也依然能保持舒適體感而不過熱。
關鍵詞:氣凝膠衣服、輕薄、保溫隔熱 來源:低碳