Добро је познато да је глиница главни играч међу топлотно проводљивим пунилима. -Ал₂О₃ има топлотну проводљивост од приближно 33–36 В/(м·К) и запремински отпор од око 10¹⁰ Ω·цм, што га чини одличним топлотно проводљивим и електрично изолационим пунилом. Морфологије честица -Ал₂О₃ обухватају сферичне, пахуљасте, неправилне више-угаоне, црволике- облике, елипсоидне и друге облике; његова величина честица се креће од наносмера, субмикронских, до микронских размера; и његова структура честица може бити поликристална или једнокристална-. Ове различите микроструктуре имају значајан утицај на перформансе топлотно проводних материјала.
Обична глиница, због своје површине која садржи велики број хидроксилних група и веома је поларна, може се пунити само у силиконским уљима или епоксидним смолама при малим оптерећењима, што отежава испуњавање индустријских захтева. За поређење, сферна глиница омогућава знатно већу фракцију пуњења. Његова висока сферичност и ниска специфична површина омогућавају паковање велике{2}}густине, дајући мешавине ниског вискозитета и добре течности које се лако равномерно распршују. Штавише, поседује одличну електричну изолацију, високу термичку стабилност, низак коефицијент топлотног ширења и добра механичка својства, што га чини погодним за апликације високих{4}}перформанси као што је електронско паковање.
Наравно, ако се узме у обзир само топлотна проводљивост, пахуљаста глиница је оптималан избор. Честице пахуљица лако контактирају једна са другом и формирају путеве топлотне проводљивости „лицем--лицем у лице” са малим отпором и високом ефикасношћу преноса топлоте. Истовремено, њихове глатке површине лако се везују за полимерне макромолекуларне ланце да би формирале унакрсне-структуре које олакшавају пренос топлоте. Таква глиница у пахуљицама такође има подесиви коефицијент термичке експанзије, што помаже у побољшању димензионалне стабилности материјала термичког интерфејса.
Међутим, у стварној производњи, глиница у пахуљицама има тенденцију да повећа вискозитет полимерног система, утичући на перформансе обраде и склона је седиментацији, што доводи до раслојавања материјала. Због тога захтева веће захтеве процеса обликовања, што је главни разлог његове релативно ограничене примене у топлотно проводљивим силиконским јастучићима.
Дакле, на основу захтева за стабилност, високе перформансе и ниске цене у системима од алуминијума са топлотном проводљивошћу са различитим морфологијама, композитни топлотно проводљиви материјали за пуњење од алуминијума-који се постижу густо паковањем сферних, квази{1}}сферичних и угаоних пунила од алуминијума да би се конструисала мрежа топлотне проводљивости и на тај начин побољшала{2} очекивана топлотна проводљивост материјала примена, са растућом потражњом на тржишту.
Што се тиче чистоће, стандардна глиница обично има чистоћу од око 99,8%. Међутим, када се рафинише до 99,99% глинице високе -чистоће, њена топлотна проводљивост се додатно побољшава. То је зато што нечистоће и дефекти у глиници ометају несметан ток фонона у вибрацијама решетке. Уобичајена нечистоћа која значајно утиче на топлотну проводљивост је натријум; као алкални метал, натријум изазива изобличење кристалне структуре, чиме омета проток топлоте. Конвенционална глиница може имати садржај натријума преко 100 ппм, док глиница високе{8}}чистоће произведена ефикасним и одрживим процесима може да задржи садржај натријума испод 10 ппм. Захваљујући ниском садржају нечистоћа и уједначеној структури, глиница високе{11}}чистоће омогућава бољи транспорт фонона и пружа супериорне термичке перформансе.
Али када се структура глинице промени у порозну архитектуру, она показује одличну топлотну изолацију и ватростална својства. Зашто је ово? Главни разлози су следећи:
С једне стране, топлотна проводљивост истог материјала варира са температуром. Како температура у индустријским пећима расте, топлотна проводљивост глинице се континуирано смањује; на 1200 степени, његова топлотна проводљивост је отприлике половина оне на 400 степени. Без обзира на то, топлотна проводљивост глинице на собној температури је 20–30 В/(м·К), а чак и на 1200 степени у -сушари на високој температури, може да достигне скоро 10 В/(м·К)-и даље већа од многих других материјала. Стога је изолационо понашање глинице у основи последица промена у његовој структури.
Када се глиница користи као топлотно проводљив материјал, генерално захтева високу густину и високу чистоћу да би се минимизирале компоненте стакласте фазе које произилазе из неуређеног атомског или јонског распореда. Међутим, најкарактеристичнија карактеристика глинице као топлотног изолатора је њена порозна структура ниске{1}}густине. Његова ниска топлотна проводљивост, висока механичка чврстоћа и висока температура рада чине га идеалним избором за ватросталне облоге у индустријским пећима.
Термоизолациони материјали ефикасно потискују путеве топлотне проводљивости, конвекције и зрачења кроз своју јединствену композициону структуру, чиме се постиже ефикасна изолација. Пренос топлоте у изолационим материјалима се одвија углавном кроз три пута: топлотна проводљивост у чврстој-фази, топлотна проводљивост у гасној-фази и пренос топлоте радијације. Међу њима, проводљивост чврсте{4}}фазе је најважнија; чак и на релативно високим температурама, топлота која се преноси кроз чврсту фазу и даље износи око 70%.
У таквим порозним структурама, провођење топлоте у чврстој-фази одвија се углавном на два пута: један је пренос топлоте кроз гас унутар пора, што укључује конвекцију ваздуха, пренос зрачења и пренос топлоте услед молекуларног кретања гаса; други је и даље пренос чврсте-фазе, али је смер тока топлоте промењен, што у великој мери продужава укупни пут преноса топлоте. Због тога, порозна керамика од алуминијума може, у одређеној мери, да омета и топлотну проводљивост и топлотно зрачење, ефикасно обезбеђујући топлотну изолацију.
Класификација термоизолационих материјала нанопорозне глинице
Термоизолациони материјали од нанопорозне глинице углавном укључују изолационе материјале аерогел од алуминијума и нано{0}} изолационе материјале пресоване од алуминијума, између осталог. Имају ниску густину, ниску топлотну проводљивост и високу{2}}отпорност на температуру и имају широку перспективу примене у индустрији и ваздухопловству.
Алуминијум аерогел изолациони материјали
Процес припреме аерогелова алуминијума углавном укључује формирање сола, гелирање, старење и кораке сушења.
У припреми аерогелова алуминијума, соли алуминијума се обично прво претварају у раствор или сол, који затим пролази кроз хемијске реакције да би се формирао гел, а на крају се гел суши да би се добио аерогел глинице. Овај процес је усредсређен на сол-гел метод, комбинован са различитим техникама сушења да би се очувала структура нанопорозне мреже. Оксидни аерогелови припремљени методом сол-гела нуде снажну флексибилност процеса, супериорна својства узорка и зрелији развој процеса, што ово чини примарним правцем за припрему аерогела од алуминијума.
Нано{0}}алуминијум пресовани изолациони материјали
Пресовани изолациони материјали од нано- глинице састоје се од порозне структуре формиране паковањем честица нано{1}} глинице. Обилне поре ефикасно блокирају молекуларну проводљивост гаса; чврсти скелет има ниску топлотну проводљивост; а величина честица наноразмера значајно повећава расипање топлоте, смањујући топлотну проводљивост.
Метода припреме за нано{0}}алуминијум пресоване изолационе материјале углавном укључује комбиновање нано-честица праха глинице као матрице са ојачавајућим материјалима за развој изолационих материјала високих{2}}начина. Технике припреме могу се широко поделити на суво и мокро обликовање.
Суво формирање: Суво обликовање се изводи без течности или са само малом количином течности, где се нано-матрица и материјали за ојачање мешају, а затим суво-пресују. Овај метод је благ, једноставан за руковање и еколошки прихватљив. Конкретно, нано-прашкови, материјали за ојачавање, везива и друге чврсте сировине се равномерно мешају механичким путем, затим се смеша ставља у калуп и пресује под одређеним условима помоћу пресе да би се добио нано{5}}композитни материјал.
Мокро обликовање: Мокро обликовање користи нано{0}}прашкове оксида као сировине. Током процеса мешања, као растварач се додаје течност као што је дејонизована вода. Механичким мешањем, сировине се мешају у кашу са одређеном флуидношћу. Суспензија се затим сипа у калуп, а растварач се уклања филтрирањем, сушењем, топлотном обрадом или другим методама да би се добио изолациони материјал од нано{4}}оксида.
Нано{0}}пресовани изолациони материјали од глинице произведени мокрим обликовањем имају топлотну проводљивост на собној{1}}температури сличну оној код сувих-материјала. Штавише, присуство растварача омогућава равномерније мешање сировина, обезбеђујући бољу дисперзибилност; лакше је контролисати формулацију суспензије и прецизно подесити параметре као што је концентрација.