中國(guó)粉體網(wǎng)9月29日訊  二氧化硅氣凝膠是由極小直徑（2-10nm）的納米二氧化硅顆粒以及彌散的納米孔（直徑1-100nm）構(gòu)成的多孔材料，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其熱導(dǎo)率可以低至0.01-0.02w/m·k量級(jí),。另外氣凝膠還有著密度小,、電導(dǎo)率低和半透明的物理特點(diǎn)，使其成為理想的絕熱材料,，從航天航空到低溫物理,，都有著廣泛的運(yùn)用。

    目前,，國(guó)際范圍內(nèi)氣凝膠熱物性已有詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)表征數(shù)據(jù),，其熱導(dǎo)率隨溫度和密度的依賴性也已獲得。但是由于氣凝膠結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,，對(duì)其微觀導(dǎo)熱機(jī)制的揭示仍不夠完善,。另外，現(xiàn)有針對(duì)熱導(dǎo)率的估算模型皆通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合成經(jīng)驗(yàn)公式獲得,，雖已實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用,，但是表達(dá)式中經(jīng)驗(yàn)參數(shù)較多，無(wú)法滿足對(duì)其熱性能進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控,。2009年,，swimm等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)在一定氣壓下，氣凝膠總有效熱導(dǎo)率與zeng理論預(yù)測(cè)值有著不可忽視的差異,，他們猜測(cè)兩相鄰二氧化硅顆粒接觸處的氣體在一定壓強(qiáng)條件下與固體界面形成導(dǎo)熱耦合作用,，從而造成了這一差異。但是這一解釋是否合理還沒有證實(shí)。

    近日,，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所傳熱傳質(zhì)研究中心科研人員針對(duì)這一微觀熱輸運(yùn)現(xiàn)象進(jìn)行了較深入研究,。科研人員選取相接觸的兩氣凝膠顆粒為基本傳熱單元（200nm×100nm×100nm）,，通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬方法獲得了不同接觸長(zhǎng)度比例和缺陷濃度條件下傳熱單元的熱阻（0.1~0.4k/gw）,，發(fā)現(xiàn)當(dāng)接觸長(zhǎng)度比例 cs降到0.5以下，或缺陷濃度φn達(dá)到40%以上時(shí),，熱傳遞受到了極大的抑制,。研究進(jìn)一步從微觀機(jī)理角度揭示了產(chǎn)生的原因： cs的降低和φn的升高都影響了低頻縱向聲學(xué)支，從而降低了原子熱擴(kuò)散的能力,。另外,，研究獲得了缺陷濃度的分布和相關(guān)溫度范圍內(nèi)缺陷的擴(kuò)散性質(zhì)。結(jié)果表明經(jīng)過(guò)加熱/冷卻過(guò)程后,，大部分缺陷尺度集中在2~16å 3的范圍,；在2ev/ps的熱流下，整個(gè)系統(tǒng)的平均溫度保持在400k以下,，缺陷尺度分布并沒有發(fā)生變化,，也沒有觀察到缺陷的擴(kuò)散，跟實(shí)際的情況相符,，增加了模擬預(yù)測(cè)的可靠性,。該工作為后續(xù)氣固傳熱耦合研究及將來(lái)拓展至跨尺度模擬提供了研究方法和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

    上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（51336009）,、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973”）的支持,。研究結(jié)果已在美國(guó)物理學(xué)會(huì)旗下的應(yīng)用物理領(lǐng)域國(guó)際期刊 journalofappliedphysics，2014,，116（9）:093503上發(fā)表,。