Dlaczego aerożele cechują się tak niskim współczynnikiem ciepła?

Aerożele uznawane są za materiały cechujące się najniższym współczynnikiem przewodzenia ciepła, wśród materiałów izolacyjnych, przez co coraz częściej znajdują zastosowanie w formie mat aerożelowych w budownictwie oraz różnych branżach przemysłu. Co wobec tego wpływa na jego tak doskonałe parametry izolacyjne oraz czy można jeszcze zmniejszyć współczynnik przenikania ciepła w aerożelach? Postanowiliśmy to sprawdzić!

Jaki jest współczynnik przewodzenia ciepła mat aerożelowych? 

Aerożele zaliczane są do grupy produktów o bardzo małej gęstości, które składają się z materiału porowatego tworzącego trójwymiarową strukturę wypełnioną w od 90 do 95% powietrzem. Te znane jako materiały izolacyjne są jego klasyczną odmianą stworzoną na bazie krzemionki, z której w dużym uproszczeniu w wyniku procesów chemicznych odparowywana jest wilgoć, którą zastępuje następnie powietrze. Dzięki temu powstające z niej aerożele cechują się niewielką wagą, przy zachowaniu doskonałych parametrów izolacyjnych. 

Współczynnik przenikania ciepła w przypadku aerożeli utrzymuje się bowiem na poziomie od 0,016 do 0,022 W/ (mK), jak ma to miejsce w przypadku naszych mat aerożelowych AEROMAT 650. wobec tego jest on niemal trzy razy mniejszy od współczynnika przenikania ciepła wełny mineralnej, czy też ponad dwa razy mniejszy od tego, jakim cechuje się pianka PE. 

Co składa się na doskonale parametry izolacyjne mat aerożloweych? 

Tak doskonałe właściwości izolacyjne aerożeli wynikają przede wszystkim z ich porowatej struktury na poziomie powyżej 90% oraz wymiarów porów, które wynoszą od 10 do 20 nano milimetrów. Dzięki temu na wartość współczynnika przenikania ciepła tych materiałów na tak niskim poziomie składają się takie elementy, jak: 

• promieniowanie cieplne, 
• przewodzenie ciepła przez szkielet materiału oraz cząsteczki gazu w porach aerożeli. 

Przy czym w wyniku między innymi badań „Experimental Investigations on the Thermal Conductivity of Silica Aerogels by a Guarded Thin-Film-Heather Method” udało się uzyskać informacje, że za przewodzenie ciepła w aerożelach odpowiedzialny jest głównie jego transport za pomocą cząsteczek gazu, które poruszają się przez porowatą strukturę, jaką cechują się aerożele. 

Czy współczynnik przewodzenia ciepła aerożeli może być jeszcze niższy?

Choć współczynnik przewodzenia ciepła na poziomie około 0,022 W/ (mK) charakterystyczny dla aerożeli i tak jest już imponująco niski, wciąż trwają prace nad jego dalszym obniżaniem. W ich wyniku udało się ustalić między innymi to, że współczynnik przewodzenia ciepła λ powiązany jest ściśle z ciśnieniem gazu w porach aerożeli oraz przestrzeni wokół niego. 

Eksperyment związany z obniżeniem ciśnienia do wartości wynoszącej około 10 barów pozwolił bowiem uzyskać współczynnika przewodzenia ciepła λ na poziomie 0,018 W (mK). Z kolei kolejne obniżenie ciśnienia tym razem do poziomu 0,01 mbar pozwoliło obniżyć współczynnika przewodzenia ciepła λ aerożeli do wartości zaledwie 0,008 W (mK).

Dodatkowo naukowcy ustalili także, że dodanie 15% węgla do aerożelu na etapie jego produkcji, podczas syntezy żelu, jest stanie w znaczny sposób obniżyć jego wartość współczynnika przewodzenia ciepła. 

Wobec tego całkiem możliwe, że w sprawie niskiego współczynnika przenikania ciepła, którym wyróżniają się maty aerożelowe wykorzystywane do ocieplania budynków, nadproży oraz instalacji przemysłowych nie zostało powiedziane jeszcze ostatnie słowo. A sam materiał za kilka lat będzie cechował się jeszcze lepszymi parametrami użytkowymi.