硅的应用｜用于门窗玻璃保温的气凝胶

时间：2023-03-27来源:全球有机硅网

全球有机硅网3月27日讯：3月16日，Nature网站刊登了美国科罗拉多大学物理学院关于“高透明的纤维素气凝胶研究及用于门窗玻璃的保温应用”技术进展。

为了保持舒适的室内环境，建筑消耗了全球40%的能源。就被动地将建筑内部与寒冷或炎热的室外隔离而言，窗户和天窗是建筑围护结构中效率最低的部分，因为同时实现高透明度和玻璃隔热仍然是一个挑战。在这里，美国科罗拉多大学研究小组展示了由地球上丰富的生物聚合物纤维素制成的高透明气凝胶，利用胶体自组装和与卷对卷加工兼容等方法。该气凝胶的可见光透过率为97-99%(优于玻璃)，雾度为~1%，导热系数低于静止空气。这些轻质材料可以用作多层中空玻璃夹层，也可以用于改造现有的窗户。该研究论文气凝胶如何提高能源效率，并可能为中空玻璃单元、天窗、采光和立面玻璃提供先进的技术解决方案。

为了提供理想的室内条件，需要在很少或没有额外的能量供应的情况下，通过热传导、对流和排放最大限度地减少室内-外部能量交换。用玻璃实现这一点尤其具有挑战性。虽然目前解决这一难题的方法是利用中空玻璃单元(igu)与空气或填充气体，但这种igu的高热障性能需要玻璃窗格之间的大间隙厚度，这反过来又受到气体对流、窗格数量和结构限制。另一方面，更薄的真空绝缘玻璃单元的使用受到密封完整性和高成本的限制。低发射率银和其他涂层可以限制来自室温建筑内部的类似黑体电磁发射造成的能量损失，尽管这些方法可以在一定程度上调节室内外温差，但却要牺牲可视范围的透明度。

气凝胶是一种高度隔热的材料，应用范围从管道绝缘到火星探测车，在igu内作为气体填料的固体替代品一直备受追捧，因为它们是一类能够优于静止空气和其他气体填料的高效热屏障材料。然而，气凝胶通常在机械上是脆弱的，并强烈散射光。在与建筑相关的规模和成本下制造低雾度、高透明度和机械坚固性的气凝胶也仍然是一个挑战。透明气凝胶(包括纤维素气凝胶)的开发仍然局限于小规模，同时在雾度和透明性方面仍不足以用于大多数类型的玻璃上。

装有SiCellA薄膜的窗户示意图(a)和在玻璃窗之间插入SiCellA薄膜的IGU示意图(b)。示意图描述了如何使用窗户产品在保持可视范围透明度的同时提高隔热性能和抗凝结性

在这里，美国科罗拉多大学研究小组展示了高透明硅烷化纤维素气凝胶(SiCellAs)的可伸缩制造，其材料特性适合于玻璃应用。这些高度隔热的SiCellA材料夹在玻璃窗格之间，可以起到非常好的温度调节作用。美国科罗拉多大学研究小组展示了SiCellA薄膜如何用作IGU填料，以及如何在多窗格IGU设计中取代内部玻璃板，并与现有的热范围发射率和太阳能增益控制解决方案完全兼容。

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