红外遮光剂选材的理论研究

SiO_2气凝胶纳米孔材料导热系数极低,代替传统绝热材料可以降低绝热层厚度,节约能源。高温时SiO_2气凝胶绝热性能下降,可以添加矿物粒子遮蔽辐射传热,提高其高温时的绝热性能。文中采用Mie散射理论建立起了遮光气凝胶热辐射特性和辐射热导率的定量理论模型,分析了遮光剂光学参数,粒子尺度对辐射传热的影响,对比了SiC、B_4C、BN、TiO_2遮光剂的遮光效果。结果表明,遮光剂的折射率对辐射传热的影响较大,折射率越大,对辐射传热的衰减效果越好。在研究的材料中,遮光效果最好的是B_4C,其次依次是BN、Si C和TiO_2。特定温度下,存在最优粒径使得遮光气凝胶的辐射热导率最小,最优粒径随着温度升高而变小,对于文中计算的遮光剂,300 K时最优粒径约为1.4μm,700 K时约为0.8μm。分析结果对于指导遮光剂的选材,提高材料的性能,降低制备成本具有工程应用价值。