Huwa magħruf sew li l-alumina hija attur ewlieni fost mili konduttivi termali. -Al₂O₃ għandha konduttività termali ta 'madwar 33–36 W/(m·K) u reżistenza tal-volum ta' madwar 10¹⁰ Ω·cm, li jagħmilha mili konduttiv termalment u elettrikament iżolanti eċċellenti. Il-morfoloġiji tal-partiċelli ta' -Al₂O₃ jinkludu forom sferiċi, flake, multi-angolari, dudu-like, ellissojdali, u forom oħra; id-daqs tal-partiċelli tiegħu jvarja minn skala nanoskala, submicron, sa skala mikron; u l-istruttura tal-partiċelli tagħha tista' tkun polikristallina jew kristallina waħda-. Dawn il-mikrostrutturi differenti għandhom impatt sinifikanti fuq il-prestazzjoni ta 'materjali konduttivi termali.
L-alumina ordinarja, minħabba l-wiċċ tagħha li fih numru kbir ta 'gruppi hydroxyl u li hija polari ħafna, tista' timtela biss biż-żjut tas-silikonju jew reżini epossidiċi f'tagħbijiet baxxi, li jagħmilha diffiċli biex tissodisfa t-talbiet industrijali. B'paragun, l-alumina sferika tippermetti frazzjoni ta 'mili konsiderevolment ogħla. L-isferiċità għolja tagħha u l-erja tal-wiċċ speċifika baxxa jippermettu l-ippakkjar ta '-densità għolja, li jipproduċu taħlitiet b'viskożità baxxa u fluwidità tajba li huma faċli biex jinxterdu b'mod uniformi. Barra minn hekk, jippossjedi insulazzjoni elettrika eċċellenti, stabbiltà termali għolja, koeffiċjent ta 'espansjoni termali baxx, u proprjetajiet mekkaniċi tajbin, li jagħmilha adattata għal applikazzjonijiet ta' -prestazzjoni għolja bħall-ippakkjar elettroniku.
Naturalment, jekk titqies il-konduttività termali waħedha, l-alumina flake hija l-aħjar għażla. Il-partiċelli tal-flake jikkuntattjaw faċilment lil xulxin biex jiffurmaw mogħdijiet ta' konduzzjoni termali "wiċċ-imb'-wiċċ b'reżistenza baxxa u effiċjenza għolja ta' trasferiment termali. Fl-istess ħin, l-uċuħ lixxi tagħhom jingħaqdu faċilment mal-ktajjen makromolekulari tal-polimer biex jiffurmaw strutturi cross-konnessi li jiffaċilitaw it-trasferiment tas-sħana. Tali alumina flake għandha wkoll koeffiċjent ta 'espansjoni termali aġġustabbli, li jgħin biex ittejjeb l-istabbiltà dimensjonali tal-materjali tal-interface termali.
Madankollu, fil-produzzjoni attwali, l-alumina flake għandha tendenza li żżid il-viskożità tas-sistema tal-polimer, li taffettwa l-prestazzjoni tal-ipproċessar, u hija suxxettibbli għal sedimentazzjoni, li twassal għal stratifikazzjoni tal-materjal. Għalhekk, jitlob rekwiżiti ogħla tal-proċess tal-iffurmar, li hija r-raġuni ewlenija għall-applikazzjoni relattivament limitata tagħha f'pads tas-silikon termalment konduttivi.
Għalhekk, ibbażata fuq ir-rekwiżiti għall-istabbiltà, prestazzjoni għolja, u prezz baxx f'sistemi ta 'alumina konduttivi termalment b'morfoloġiji differenti, materjali komposti tal-mili tal-alumina konduttivi termali -kisbu billi jiġu ppakkjati b'mod dens fillers tal-alumina sferiċi, kważi-sferiċi, u angolari biex jinbena materjali tal-konduttività termali tan-netwerk ta' konduttività termali u l-konduttività termali {2}arel hemm materjali mistennija tikseb applikazzjoni mifruxa, b'domanda tas-suq dejjem tikber.
F'termini ta 'purità, alumina standard tipikament għandha purità ta' madwar 99.8%. Madankollu, meta raffinat għal 99.99% alumina ta 'purità għolja-, il-konduttività termali tagħha tkompli titjieb. Dan minħabba li l-impuritajiet u d-difetti fl-alumina jinterferixxu mal-fluss bla xkiel tal-phonons fil-vibrazzjonijiet tal-kannizzata. Impurità komuni li taffettwa b'mod sinifikanti l-konduttività termali hija s-sodju; bħala metall alkali, is-sodju jikkawża distorsjoni tal-istruttura tal-kristall, u b'hekk ifixkel il-fluss tas-sħana. L-alumina konvenzjonali jista' jkollha kontenut ta' sodju li jaqbeż il-100 ppm, filwaqt li l--alumina ta' purità għolja prodotta permezz ta' proċessi effiċjenti u sostenibbli tista' żżomm il-kontenut tas-sodju taħt l-10 ppm. Minħabba l-kontenut baxx ta' impurità u l-istruttura uniformi tagħha, l-alumina ta'-purità għolja tippermetti trasport aħjar tal-phonon u tagħti prestazzjoni termali superjuri.
Iżda meta l-istruttura tal-alumina tinbidel għal arkitettura poruża, tesibixxi insulazzjoni termali eċċellenti u proprjetajiet refrattorji. Għaliex dan? Ir-raġunijiet ewlenin huma kif ġej:
Min-naħa waħda, il-konduttività termali tal-istess materjal tvarja mat-temperatura. Hekk kif it-temperatura fil-fran industrijali togħla, il-konduttività termali tal-alumina tonqos kontinwament; f'1200 grad, il-konduttività termali tagħha hija bejn wieħed u ieħor nofs dik f'400 grad. Madankollu, il-konduttività termali tal-alumina f'temperatura tal-kamra hija 20-30 W/(m·K), u anke f'1200 grad f'forn b'temperatura għolja-, tista 'tilħaq kważi 10 W/(m·K)-għadu ogħla minn ħafna materjali oħra. Għalhekk, l-imġieba iżolanti tal-alumina hija fundamentalment dovuta għal bidliet fl-istruttura tagħha.
Meta l-alumina tintuża bħala materjal konduttiv termalment, ġeneralment teħtieġ densità għolja u purità għolja biex timminimizza l-komponenti tal-fażi tal-ħġieġ li jirriżultaw minn arranġamenti atomiċi jew joniċi diżordinati. Madankollu, l-aktar karatteristika distintiva ta 'l-alumina bħala iżolatur termali hija l-istruttura poruża tagħha ta' densità baxxa-. Il-konduttività termali baxxa tagħha, is-saħħa mekkanika għolja u t-temperatura għolja tas-servizz jagħmluha għażla ideali għal kisi refrattorji fi fran industrijali.
Materjali ta 'insulazzjoni termali jrażżnu b'mod effettiv il-mogħdijiet ta' konduzzjoni tas-sħana, konvezzjoni u radjazzjoni permezz tal-istruttura ta 'kompożizzjoni unika tagħhom, u b'hekk jiksbu insulazzjoni effiċjenti. It-trasferiment tas-sħana f'materjali iżolanti jseħħ prinċipalment permezz ta' tliet rotot: konduzzjoni termali tal-fażi solida-, konduzzjoni termali tal-fażi tal-gass-, u trasferiment tas-sħana radjattiva. Fost dawn, il-konduzzjoni ta'-fażi solida hija l-aktar importanti; anke f'temperaturi relattivament għoljin, is-sħana trasferita permezz tal-fażi solida għadha tammonta għal madwar 70%.
Fi strutturi porużi bħal dawn, il-konduzzjoni tas-sħana tal-fażi solida-tipproċedi prinċipalment permezz ta 'żewġ mogħdijiet: waħda hija t-trasferiment tas-sħana permezz tal-gass fil-pori, li jinkludi konvezzjoni tal-arja, trasferiment radjattiv, u trasferiment tas-sħana minħabba moviment molekulari tal-gass; l-ieħor għadu solidu-trasferiment tal-fażi, iżda d-direzzjoni tal-fluss tas-sħana tinbidel, u testendi ħafna l-mogħdija ġenerali tat-trasferiment tas-sħana. Għalhekk, iċ-ċeramika poruża ta 'l-alumina tista', sa ċertu punt, timpedixxi kemm il-konduzzjoni termali kif ukoll ir-radjazzjoni termali, u b'mod effettiv tipprovdi insulazzjoni termali.
Klassifikazzjoni ta 'materjali ta' insulazzjoni termali ta 'alumina nanoporuża
Materjali ta 'insulazzjoni termali ta' alumina nanoporuża prinċipalment jinkludu materjali ta 'insulazzjoni ta' alumina airgel u materjali ta 'insulazzjoni ippressat ta' nano-alumina, fost oħrajn. Huma għandhom densità baxxa, konduttività termali baxxa, u reżistenza għat-temperatura għolja-, u għandhom prospetti wiesgħa ta 'applikazzjoni fl-industriji u l-ajruspazju.
Materjali ta 'insulazzjoni ta' l-alumina airgel
Il-proċess ta 'preparazzjoni ta' aerogels ta 'l-alumina jinkludi prinċipalment il-formazzjoni tas-sol, il-ġelazzjoni, it-tixjiħ u l-passi tat-tnixxif.
Fil-preparazzjoni ta 'aerogels ta' l-alumina, l-imluħa ta 'l-aluminju tipikament l-ewwel jiġu kkonvertiti f'soluzzjoni jew sol, li mbagħad jgħaddi minn reazzjonijiet kimiċi biex jiffurmaw ġel, u finalment il-ġell jitnixxef biex jikseb l-aerogel ta' l-alumina. Dan il-proċess huwa ċċentrat fuq il-metodu sol-ġel, flimkien ma' tekniki ta' tnixxif differenti biex tiġi ppreservata l-istruttura tan-netwerk nanoporuża. Aerogels ossidu ppreparati permezz tal-metodu sol-ġel joffru flessibilità qawwija tal-proċess, proprjetajiet ta 'kampjun superjuri, u żvilupp ta' proċess aktar matur, li jagħmlu dan id-direzzjoni primarja għall-preparazzjoni ta 'l-alumina airgel.
Materjali ta' insulazzjoni ppressati nano-alumina
Materjali ta' insulazzjoni ippressat ta' nano-alumina jikkonsistu fi struttura poruża ffurmata mill-ippakkjar ta' partiċelli ta' nano-alumina. Il-pori abbundanti jimblukkaw b'mod effettiv il-konduzzjoni tas-sħana molekulari tal-gass; l-iskeletru solidu għandu konduttività termali baxxa; u d-daqs tal-partiċelli nanoskala jżid b'mod sinifikanti t-tifrix tas-sħana, u jnaqqas il-konduttività termali.
Il-metodu ta' preparazzjoni għal materjali ta' insulazzjoni ippressat tan-nano-alumina prinċipalment jinvolvi l-kombinazzjoni ta' partiċelli ta' trab ta' nano-alumina bħala l-matriċi ma' materjali ta' rinfurzar biex jiġu żviluppati materjali ta' insulazzjoni ta'-prestazzjoni għolja. It-tekniki tal-preparazzjoni jistgħu jinqasmu b'mod wiesa 'f'formazzjoni niexfa u formazzjoni mxarrba.
Formazzjoni niexfa: L-iffurmar niexef jitwettaq mingħajr likwidi jew b'ammont żgħir biss ta' likwidu, fejn in-nano-matriċi u materjali ta' rinfurzar jitħalltu u mbagħad niexef-ippressat. Dan il-metodu huwa ħafif, sempliċi biex topera, u favur l-ambjent. Speċifikament, nano-trabijiet, materjali li jsaħħu, binders, u materja prima solida oħra huma mħallta b'mod uniformi b'mezzi mekkaniċi, imbagħad it-taħlita titgħabba f'moffa u ppressata taħt kundizzjonijiet speċifiċi bl-użu ta 'pressa biex tikseb in-nano-materjal kompost.
Formazzjoni mxarrba: L-iffurmar imxarrab juża trab tan-nano-ossidu bħala materja prima. Matul il-proċess tat-taħlit, likwidu bħal ilma dejonizzat huwa miżjud bħala solvent. Permezz ta 'taħwid mekkaniku, il-materja prima titħallat f'demel likwidu b'ċerta fluwidità. Id-demel likwidu mbagħad jitferra 'f'moffa, u s-solvent jitneħħa permezz ta' filtrazzjoni, tnixxif, trattament bis-sħana, jew metodi oħra biex jinkiseb il-materjal ta 'insulazzjoni nano-ossidu.
Materjali ta' insulazzjoni ippressat ta' nano-alumina prodotti mill-iffurmar imxarrab għandhom konduttività termali f'temperatura tal-kamra- simili għal dik ta' materjali ffurmati-niexfa. Barra minn hekk, il-preżenza tas-solvent tippermetti taħlit aktar uniformi tal-materja prima, li tipprovdi dispersibbiltà aħjar; huwa aktar faċli li tikkontrolla l-formulazzjoni tad-demel likwidu u taġġusta b'mod preċiż parametri bħall-konċentrazzjoni.