二氧化硅气凝胶在高温下的原子级烧结机理:结构演化和固体热导率,International Journal of Heat and Mass Transfer

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二氧化硅气凝胶在高温下的原子级烧结机理:结构演化和固体热导率,International Journal of Heat and Mass Transfer

2024-07-07 13:31| 来源: 网络整理| 查看: 265

二氧化硅气凝胶广泛用于高温下的隔热。但实验发现,高温会改变孔隙结构,破坏隔热性。由于实验观测的分辨率有限,高温影响的机制尚不清楚。在目前的工作中,分子动力学模拟和理论建模相结合,研究了高温对孔隙结构和热传导的影响。在纳米粒子的尺度上,对二氧化硅气凝胶烧结过程引起的结构演化进行了数值研究。单个二氧化硅纳米粒子的熔融过程可分为三个阶段,发现延长表面扩散阶段可以提高二氧化硅纳米粒子的热稳定性。在粒子组装的尺度上,相邻粒子之间的接触直径被确定并进行了数值评估。在块状材料的尺度上,建立了一个理论模型来预测固体热导率,同时考虑了温度对主链固有热导率的影响和纳米颗粒尺寸的影响。在本模型和可用的实验数据之间发现了良好的一致性。还对现有的理论模型和实验数据进行了深入的讨论。目前的工作可以激发二氧化硅气凝胶的进一步跨尺度建模,并可能为开发在高温下具有高稳定性和隔热性的二氧化硅气凝胶铺平道路。确定相邻颗粒之间的接触直径并进行数值评估。在块状材料的尺度上,建立了一个理论模型来预测固体热导率,同时考虑了温度对主链固有热导率的影响和纳米颗粒尺寸的影响。在本模型和可用的实验数据之间发现了良好的一致性。还对现有的理论模型和实验数据进行了深入的讨论。目前的工作可以激发二氧化硅气凝胶的进一步跨尺度建模,并可能为开发在高温下具有高稳定性和隔热性的二氧化硅气凝胶铺平道路。确定相邻颗粒之间的接触直径并进行数值评估。在块状材料的尺度上,建立了一个理论模型来预测固体热导率,同时考虑了温度对主链固有热导率的影响和纳米颗粒尺寸的影响。在本模型和可用的实验数据之间发现了良好的一致性。还对现有的理论模型和实验数据进行了深入的讨论。目前的工作可以激发二氧化硅气凝胶的进一步跨尺度建模,并可能为开发在高温下具有高稳定性和隔热性的二氧化硅气凝胶铺平道路。通过考虑温度对主链固有热导率的影响和纳米颗粒尺寸的影响,开发了一个理论模型来预测固体热导率。在本模型和可用的实验数据之间发现了良好的一致性。还对现有的理论模型和实验数据进行了深入的讨论。目前的工作可以激发二氧化硅气凝胶的进一步跨尺度建模,并可能为开发在高温下具有高稳定性和隔热性的二氧化硅气凝胶铺平道路。通过考虑温度对主链固有热导率的影响和纳米颗粒尺寸的影响,开发了一个理论模型来预测固体热导率。在本模型和可用的实验数据之间发现了良好的一致性。还对现有的理论模型和实验数据进行了深入的讨论。目前的工作可以激发二氧化硅气凝胶的进一步跨尺度建模,并可能为开发在高温下具有高稳定性和隔热性的二氧化硅气凝胶铺平道路。还对现有的理论模型和实验数据进行了深入的讨论。目前的工作可以激发二氧化硅气凝胶的进一步跨尺度建模,并可能为开发在高温下具有高稳定性和隔热性的二氧化硅气凝胶铺平道路。还对现有的理论模型和实验数据进行了深入的讨论。目前的工作可以激发二氧化硅气凝胶的进一步跨尺度建模,并可能为开发在高温下具有高稳定性和隔热性的二氧化硅气凝胶铺平道路。

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Atomic-level sintering mechanism of silica aerogels at high temperatures: structure evolution and solid thermal conductivity

Silica aerogels are extensively used for thermal insulation at high temperatures. However, it has been experimentally found that high temperature can change the pore structure and undermine thermal insulation. The mechanism of high temperature influence is unclear due to the limited resolution of experimental observations. In the present work, molecular dynamics simulations and theoretical modeling were combined to investigate the effects of high temperature on pore structures and heat conduction. At the scale of nanoparticles, the structural evolution induced by the sintering process of silica aerogels was numerically investigated. The melting process of a single silica nanoparticle can be divided into three stages, and it was found that extending the stage of surface diffusion can improve the thermal stability of silica nanoparticles. At the scale of particle assembly, the contact diameter between adjacent particles was identified and numerically evaluated. At the scale of bulk material, a theoretical model was developed to predict the solid thermal conductivity by considering both the temperature effect on the intrinsic thermal conductivity of backbone and the effect of nanoparticle size. A good agreement was found between the present model and available experimental data. An insightful discussion of the existing theoretical models and experimental data was also presented. The present work can inspire further cross-scale modeling of silica aerogels and may pave the way for the development of silica aerogels with high stability and thermal insulation at high temperatures.



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