Það er vel þekkt að súrál er stór þátttakandi meðal hitaleiðandi fylliefna. -Al₂O₃ hefur hitaleiðni sem er um það bil 33–36 W/(m·K) og rúmmálsviðnám um 10¹⁰ Ω·cm, sem gerir það að frábæru varmaleiðandi og rafeinangrandi fylliefni. Agnaform -Al₂O₃ felur í sér kúlulaga, flögulaga, óreglulegar fjöl-hyrndar, orma-líkar, sporöskjulaga og aðrar tegundir; Kornastærð hans er á bilinu nanóskala, undirmíkróna, til míkrónakvarða; og agnabygging þess getur verið fjölkristallað eða einkristallað. Þessar mismunandi örbyggingar hafa veruleg áhrif á frammistöðu varmaleiðandi efna.
Venjulegt súrál, vegna þess að yfirborð þess inniheldur mikinn fjölda hýdroxýlhópa og er mjög skautað, er aðeins hægt að fylla í kísilolíur eða epoxýkvoða við lága hleðslu, sem gerir það erfitt að mæta kröfum iðnaðarins. Til samanburðar gerir kúlulaga súrál ráð fyrir töluvert hærra fyllingarhlutfalli. Hátt kúlustig þess og lítið sérstakt yfirborð gerir kleift að pakka með miklum -þéttleika, sem gefur af sér blöndur með lága seigju og góða vökva sem auðvelt er að dreifa jafnt. Þar að auki býr það yfir frábærri rafeinangrun, miklum varmastöðugleika, lágum varmaþenslustuðli og góðum vélrænum eiginleikum, sem gerir það hentugt fyrir-afkastamikil forrit eins og rafrænar umbúðir.
Auðvitað, ef varmaleiðni ein og sér er skoðuð, er súrflögur ákjósanlegur kostur. Flöguagnir snerta auðveldlega hver aðra til að mynda „andlit-til-andlits“ varmaleiðnibrautir með lágu viðnámi og mikilli varmaflutningsskilvirkni. Á sama tíma bindast slétt yfirborð þeirra auðveldlega við fjölliða stórsameindakeðjur til að mynda kross-tengd mannvirki sem auðvelda varmaflutning. Slík súrflöga hefur einnig stillanlegan varmaþenslustuðul, sem hjálpar til við að bæta víddarstöðugleika hitauppstreymisefna.
Hins vegar, í raunverulegri framleiðslu, hefur súrflögur tilhneigingu til að auka seigju fjölliðakerfisins, sem hefur áhrif á vinnsluafköst, og er hætt við botnfalli, sem leiðir til lagskiptingar efnis. Þess vegna krefst það meiri kröfur um mótunarferli, sem er aðalástæðan fyrir tiltölulega takmarkaðri notkun þess í hitaleiðandi sílikonpúðum.
Byggt á kröfum um stöðugleika, mikla afköst og lágan kostnað í varmaleiðandi súráliskerfum með mismunandi formgerð, er samsett varmaleiðandi súrálsfylliefni-sem náð með því að pakka þétt saman kúlulaga, hálf-kúlulaga og hyrndum súrálsfylliefnum til að byggja upp hitaleiðniviðmót varmaleiðnikerfisins og auka þar með varmaleiðniviðmótið. Gert er ráð fyrir að efni-fái víðtæka notkun, með vaxandi eftirspurn á markaði.
Hvað varðar hreinleika, þá hefur staðlað súrál venjulega um það bil 99,8% hreinleika. Hins vegar, þegar það er hreinsað í 99,99% há-súrál, batnar varmaleiðni þess enn frekar. Þetta er vegna þess að óhreinindi og gallar í súráli trufla slétt flæði hljóðnema í titringi grindar. Algengt óhreinindi sem hafa veruleg áhrif á hitaleiðni er natríum; sem alkalímálmur veldur natríum röskun á kristalbyggingunni og hindrar þar með hitaflæði. Hefðbundið súrál getur haft natríuminnihald sem er yfir 100 ppm, en há-súrál sem framleitt er með skilvirkum og sjálfbærum ferlum getur haldið natríuminnihaldi undir 10 ppm. Vegna lágs óhreinindainnihalds og einsleitrar uppbyggingar, gerir súrál með mikilli-hreinleika betri hljóðflutninga og skilar frábærum hitauppstreymi.
En þegar uppbygging súráls breytist í gljúpan arkitektúr sýnir það framúrskarandi varmaeinangrun og eldfasta eiginleika. Hvers vegna er þetta? Helstu ástæðurnar eru sem hér segir:
Annars vegar er hitaleiðni sama efnis breytileg eftir hitastigi. Þegar hitastigið í iðnaðarofnum hækkar minnkar varmaleiðni súráls stöðugt; við 1200 gráður er hitaleiðni hennar um það bil helmingur af því sem er við 400 gráður. Engu að síður er hitaleiðni súráls við stofuhita 20–30 W/(m·K), og jafnvel við 1200 gráður í háum-hitaofni getur það náð næstum 10 W/(m·K)-enn meiri en mörg önnur efni. Þess vegna er einangrunarhegðun súráls í grundvallaratriðum vegna breytinga á uppbyggingu þess.
Þegar súrál er notað sem varmaleiðandi efni, þarf það almennt háan þéttleika og mikinn hreinleika til að lágmarka glerfasahluti sem stafar af röskuðu atóm- eða jónafyrirkomulagi. Hins vegar er mest sérstakt einkenni súráls sem varmaeinangrunarefnis er gljúp uppbygging þess með litlum-þéttleika. Lítil varmaleiðni hans, hár vélrænni styrkur og hár þjónustuhiti gera það að kjörnum vali fyrir eldföst fóður í iðnaðarofnum.
Hitaeinangrunarefni bæla á áhrifaríkan hátt hitaleiðni, varmaleiðni og geislun í gegnum einstaka samsetningu þeirra og ná þannig skilvirkri einangrun. Varmaflutningur í einangrunarefnum fer aðallega fram með þremur leiðum: fasta-varmaleiðni, gasfasa-varmaleiðni og geislunarvarmaflutningur. Meðal þessara er fastfasaleiðni mikilvægust; Jafnvel við tiltölulega hátt hitastig er varmi fluttur í gegnum fasta fasann enn um 70%.
Í slíkum gljúpum mannvirkjum fer fastfasa-varmaleiðsla aðallega fram um tvær leiðir: önnur er varmaflutningur í gegnum gasið innan svitahola, sem felur í sér loftsveiflu, geislunarflutning og varmaflutning vegna sameindahreyfingar gass; hinn er enn fastur-fasaflutningur, en stefna varmaflæðisins er breytt, sem stækkar til muna heildarvarmaflutningsleiðina. Þess vegna getur gljúpt súrál keramik að vissu marki hindrað bæði varmaleiðni og varmageislun og veitt í raun varmaeinangrun.
Flokkun nanoporous súráls varmaeinangrunarefna
Nanoporous súrál hitaeinangrunarefni innihalda aðallega súrál loftgel einangrunarefni og nanó-sál pressað einangrunarefni, meðal annarra. Þær eru með lágan þéttleika, lága hitaleiðni og háa-hitaþol og hafa víðtæka notkunarmöguleika í iðnaði og geimferðum.
Ál loftgel einangrunarefni
Undirbúningsferlið súrálsloftgella felur aðallega í sér sólmyndun, hlaup, öldrun og þurrkunarþrep.
Við framleiðslu á súrálsloftgelum er álsöltum venjulega fyrst breytt í lausn eða sól, sem síðan gangast undir efnahvörf til að mynda hlaup, og að lokum er hlaupið þurrkað til að fá súrálsloftgel. Þetta ferli miðast við sól-gel aðferðina, ásamt mismunandi þurrkunaraðferðum til að varðveita nanoporous netkerfi. Oxíð loftgel sem eru framleidd með sól-gelaðferðinni bjóða upp á mikinn sveigjanleika í ferlinu, yfirburði sýnaeiginleika og þroskaðri ferliþróun, sem gerir þetta að aðalstefnu fyrir súrálsloftgel.
Nanó-súrál pressað einangrunarefni
Nanó-súrálpressað einangrunarefni samanstanda af gljúpri uppbyggingu sem myndast við pökkun nanó-sálaragna. Mikið svitahola hindra í raun gas sameinda hitaleiðni; fasta beinagrindin hefur litla hitaleiðni; og kornastærð á nanóskala eykur varmadreifingu verulega og dregur úr hitaleiðni.
Undirbúningsaðferðin fyrir nanó-sálpressuð einangrunarefni felst aðallega í því að sameina nanó-sálduftagnir sem fylki með styrkingarefnum til að þróa há-einangrunarefni. Undirbúningsaðferðirnar má í stórum dráttum skipta í þurr mótun og blaut mótun.
Þurr myndast: Þurrmyndun fer fram án vökva eða með aðeins litlu magni af vökva, þar sem nanó-fylki og styrkingarefni er blandað saman og síðan þurrkað-. Þessi aðferð er mild, einföld í notkun og umhverfisvæn. Nánar tiltekið er nanó-dufti, styrkingarefnum, bindiefnum og öðrum föstu hráefnum blandað jafnt með vélrænum hætti, síðan er blandan sett í mót og pressuð við sérstakar aðstæður með pressu til að fá nanó-samsett efni.
Blaut myndun: Blautmyndun notar nanó-oxíðduft sem hráefni. Í blöndunarferlinu er vökvi eins og afjónuðu vatni bætt við sem leysi. Með vélrænni hræringu er hráefninu blandað saman í grugglausn með ákveðinni vökva. Grindunni er síðan hellt í mót og leysirinn er fjarlægður með síun, þurrkun, hitameðferð eða öðrum aðferðum til að fá nanó-oxíð einangrunarefnið.
Nanó-sálpressuð einangrunarefni sem framleitt er með blautmótun hafa stofuhita-hitastig sem er svipað og þurr-mynduð efni. Þar að auki gerir nærvera leysis kleift að blanda hráefnum einsleitari, sem veitir betri dreifileika; það er auðveldara að stjórna slurry samsetningunni og stilla nákvæmlega breytur eins og styrk.