Hogy lehet a szilika aerogél és erősített üvegszál egyesítésével létrehozott szigetelő anyag hővezetési tényezője λ=0, 013 W/mK?

A titok nyitja a következő:

Normál (nyílt) levegő hővezetésénél van egy folyamat amit nem szabad elhanyagolni:

A meleg oldalon felmelegedett levegő tágúl így a sűrűsége kisebb lesz mint a környező levegőé és felemelkedik.

Helyére hideg levegő áramlik és az is felmelegszik.

Ezért egy áramlás alakúl ki ami a hőenergiát a meleg helyről a hideg helyre szállítja.

Ha ezt az áramlást meggátolod akkor a hővezetés csökken.

Ha a levegő kicsi buborékoban van akkor a buborék fala ezt csinálja.Minél kisebbek a buborékok annál kisebb lesz a hővezetési együttható.(egy határig)

Persze ezzel még a normál hősugárzás és hővezetést még nem szűnik meg.

Az aerogél az adott anyag olyan, mesterségesen előállított fizikai állapota, amely szerkezetéből adódóan különleges tulajdonságokkal rendelkezik. Steven Kistler 1931-ben állított elő először ún. szilika aerogélt szilícium dioxidból: egy gélt (zselét) készített, amelynek térhálós szerkezetéből szuperkritikus nyomáson és hőmérsékleten eltávolította a folyadék komponenst, és gáz halmazállapotúra cserélte. Ennek eredményeként megmaradt a szilícium atomok laza, dendritikus hálózata, amelyek nano mérettartományba eső tereket zártak magukba. Ezen nanopórusok, nanoterek jelentősége, hogy a bennük lévő gázmolekulákat valamelyest „foglyul ejtik”, korlátozzák mozgásukat, az ütközéseiket gátolják, így a hővezetés folyamata (és a hőáramlás is) nehezen valósul meg a nanoporotikus szerkezetben.

Konkrétabban:

1. A szilika részecskék között kicsik az érintkezési felületek.

2. A nanopórusok üregei kisebbek, mint a bennük levő gázmolekulák szabad

ütközéshez szükséges út hossza. A gázmolekulák az üreg falaival ütköznek,

ezért minimális a konvekciós hőáramlás.

3. A nanopórusok mérete kisebb, mint az infravörös hősugarak hullámhossza,

ezért a nanopórusok felülete a hősugarak nagy részét visszaveri és szétszórja.