Preparation and thermal insulation performance characterization of endothermic opacifier doped silica aerogel

气凝胶 材料科学 保温 热导率 复合材料 吸热过程 相变材料 兴奋剂 传热 熔点 热的 热力学 吸附 化学 有机化学 物理 光电子学 图层(电子)
作者
Hao-Qiang Pang,Rui Zhang,Hailong Yang,Zeng-Yao Li,Haibo Xu
出处
期刊:International Journal of Thermal Sciences [Elsevier BV]
卷期号:174: 107431-107431 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.ijthermalsci.2021.107431
摘要

Doping classical opacifiers will restrain silica aerogel's thermal radiation at high-temperature but cannot further improve its short-term thermal insulation performance. The phase change material (PCM) could absorb heat while maintaining a nearly constant temperature when melting, thus effectively controlling the heat transferred inside insulators. So, combing the classical opacifiers and PCM was a reasonable solution to the thermal insulation of silica aerogels at high-temperature. In the paper, dual-sized Al–[email protected]2O3 (1–3 μm/4–8 μm) with a shell of Al2O3 against infrared radiation and a core of Al–Si alloy for heat absorption during a solid-liquid phase change was prepared. This endothermic opacifier (EO) presents the melting point (Tm) of 846.25 K or 846.75 K and latent heat of 277.9 J·g−1 or 318.2 J·g−1, respectively. Subsequently, the EO was doped into silica aerogel to prepare an endothermic opacifier interspersed with silica aerogel (EOSA) and the temperature response of the hot surface (Thot) of the EOSA was tested at temperature differences (ΔT) to evaluate its thermal insulation performance. The results demonstrated that the effective thermal conductivity of the two EOSAs (1–22 wt%) was 0.02463–0.03066 W m−1 K−1 or 0.02636–0.03154 W m−1 K−1 at small ΔT (<15 K, Tcold = 288 K), respectively. The transient heat transfer of EOSA was delayed at large ΔT (Thot > Tm & Tcold = 288 K) during the solid-liquid phase change process, meaning that the short-term thermal insulation performance was improved. The thermal insulation performance of pure silica aerogel is the best at small ΔT but the worst at large ΔT, whereas the EOSA with 1–3 μm EO has the best thermal insulation performance at large ΔT.
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