公告/发布日期:2015/08/26

米乐m6中国官方网站 开发出耐热性优异、光反射性良好的隔热氧化铝膜

-以类似珍珠的层状结构反射光线-

积分

  • 开发出一种隔热材料,可反射近红外至可见光范围内70%以上的光,即使在1000摄氏度下处理性能也不会下降
  • 可以通过干燥氧化铝纳米纤维溶胶轻松创建
  • 利用仿生结构利用氧化物材料实现金属光反射


摘要

米乐m6官方网站[理事长中钵良二](以下简称“AIST”)化学过程研究部[研究部主任滨川聪]膜分离过程研究小组[研究小组组长根岸英行]首席研究员小平哲也,客座研究员水上富士夫,与川研精细化学株式会社[代表董事新野义良](以下简称“川研”)合作绝缘性能可见光至近红外区域光反射率为70%以上的银色高耐热性氧化铝我们开发了一种膜。

 该膜是一种氧化铝多孔膜,具有1000℃的耐热性和光反射能力。纳米纤维(厚度约6纳米,长度约3000纳米)佐尔另一个特点是它可以通过向溶液中添加氨并干燥的简单方法来制备,因此有望用于多种应用领域。该技术的详细信息可以在德国学术期刊上找到先进材料发布,但在此之前,在线版本将于2015年8月25日20:00(日本时间)发布。还被杂志编辑部、出版社网站选为重要论文材质视图上介绍概述

原料氧化铝纳米纤维溶胶(左)、新开发的光反射/绝缘氧化铝膜(中)和普通氧化铝粉末(右)的照片
原料氧化铝纳米纤维溶胶(左)、新开发的光反射/绝缘氧化铝膜(中)、普通氧化铝粉末(右)


发展的社会背景

 保暖、保冷隔热材料被广泛应用于各个领域,其性能也在不断提高。迄今为止,隔热材料开发的主要焦点是抑制热量本身的传递。然而,热能也可以通过光传递,尤其是来自热环境或热物体的热能。黑体辐射向周围环境释放大量能量。具有高反光能力的金属的缺点是在高温下会失去绝缘性能并被氧化。因此,目前还没有开发出由单一材料制成的既可以在高温下使用又具有高反光能力的绝缘材料。由于对易于制造的高性能绝缘材料的需求很高,因此有希望开发出反射宽波长范围内的光并适用于高温环境的绝缘材料。

研究历史

 AIST和Kawaken在世界上率先成功合成了厚度小于10 nm、长度大于1000 nm的水溶胶氧化铝纳米纤维,并一直在开发其应用。这次,我们发现由该溶胶制成的氧化铝膜具有高光反射能力,这促使我们将其开发为高性能隔热材料。

 这项研究开发是新能源产业技术综合开发机构(NEDO)、“纳米技术和先进材料的实际应用研究开发/形状控制氧化铝纳米粒子溶胶商业化生产的基础技术的确立和应用开发”(2009-2011财年)以及日本科学技术振兴机构(JST)的研究成果优化部署支援计划委托的项目。这项工作得到了种子揭示型“超亲水性氧化铝多孔水分离膜的开发”(2011年度)的支持。

研究内容

 迄今为止,通过干燥氧化铝纳米纤维溶胶,已经获得了具有纳米纤维平行排列结构的透明多孔膜。对隔热材料的要求之一是高孔隙率因此,我们设计了一种在溶胶中添加氨并干燥的方法,以减弱纳米纤维之间的排斥力并破坏其排列,从而增加干燥后的孔隙率。通过优化制备条件,他们能够合成一种在可见光至近红外区域具有优异光反射能力的材料(具体来说,在500至1400 nm范围内反射率达到70%以上)。

 氧化铝是一种氧化物,其化学成分并不能解释为什么它像金属一样反射光。扫描电子显微镜10785_10928结构色换句话说,新开发的光反射/绝缘氧化铝膜的光反射能力是通过与生物体类似的机制获得的。仿生材料的一种类型

隔热/反光氧化铝膜的截面(a)和表面(b)SEM照片
图1 隔热/反光氧化铝膜的截面(a)和表面(b)的SEM照片

隔热反光膜的形成过程及其分层结构的组成部分示意图
图2隔热反光膜的形成过程及其分级结构的组成部分示意图

 另一方面,就绝缘性能而言,干燥氧化铝膜的导热率为0095Wm-1K-1然而,通过在1000℃下烧成,在0055Wm的同时仍保持光反射性能-1K-1即使暴露在高温下也能保持绝热性能和光反射能力,因为新开发的膜仅由无机氧化物氧化铝组成,并且稳定地保持了层状网络结构及其叠层结构。

未来计划

 未来,我们将更详细地研究制备条件,旨在创造一种更高性能的氧化铝薄膜,提高隔热性能,并在更宽的波长范围内表现出高光反射率。



术语解释

◆绝缘性能
一般用一个叫导热系数的指标来评价,单位是Wm-1K-1导热系数越低,隔热材料越好。例如,聚苯乙烯泡沫塑料的导热系数为0033 Wm-1K-1这里所有的热导率都是室温下的值。[返回来源]
◆氧化铝
狭义化学式Al2O3的无机氧化物这里,通过高温加热,Al2O3得到,原料溶胶为勃姆石纳米纤维。最稳定的氧化铝结构是蓝宝石,导热系数为40 Wm-1K-1[返回来源]
◆纳米纤维
一种细长且柔韧的物质称为纤维(日语翻译:“纤维”)。一个众所周知的例子是“光纤”。这里,将厚度为纳米级的纤维称为纳米纤维。[返回来源]
◆索尔
在溶液溶胶的情况下,它是指微小带电粒子不沉降并稳定地分散在溶液内的状态。处于这种状态的溶液中的微粒有时被称为胶体。[返回来源]
◆黑体辐射
当物质达到高温时,它开始发光,但不会引起燃烧等化学反应。这种光称为黑体辐射。一个典型的例子是铁水发出橙色或白色的光。随着温度升高,光量增加,并且也发出波长越来越短的光。换句话说,它发出从红外光到可见光的宽波长范围的光。[返回来源]
◆孔隙率
为了提高隔热性能,一般最好使用具有许多微小孔隙(高孔隙率)的材料。一种称为二氧化硅气凝胶的隔热材料,其导热系数为001至002Wm-1K-1,空隙占体积的比例达到95%。高孔隙率的隔热材料一般都很轻,二氧化硅气凝胶的密度为01 gcm-3[返回来源]
◆扫描电子显微镜
用于观察物质和材料的微观表面结构的显微镜。一边进行一维扫描(扫描),一边用窄聚焦的电子束照射观察对象,检测来自各照射区域的电子。通过一点一点地移动扫描轴,就可以获得整个被观察物体的图像。[返回来源]
◆结构色
非金属物质和材料的颜色通常源自其化学成分。食用色素等染料是典型的。另一方面,大闪蝶的翅膀以其美丽的蓝色而闻名,但它们的鳞片不含蓝色色素。当用扫描电子显微镜观察鳞片时,它们具有架子状结构。当光线照射到这个架子上并发生反射和衍射时,从不同架子反射的光会相互干扰。结果,仅反射特有的蓝色。源自结构的颜色称为“结构颜色”。[返回来源]
◆仿生材料
生物所拥有的多种功能有时是通过非常简单的机制实现的,因此经过功能化以模仿这些机制的材料称为仿生材料。水滴之所以能在荷叶上滚动(超疏水性),是因为荷叶上存在微小的突起,而这种防水材料的开发就是一个典型的例子。它不使用人工和复杂的化合物,其特点是简单的材料设计,模仿与生物体特征功能密切相关的微观结构。[返回参考源]



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