隔热效果

p 　　 strong 仪器信息网讯 /strong 斯坦福大学教授Eric Pop发表在Science Advances上的最新研究，利用二维材料分层堆叠的方式制造出了10个原子厚的隔热材料，可在未来用于小型化电子设备的隔热设计问题。他们的实验已经证明了，仅用几个原子厚的材料，就可以达到比其厚 100 倍的玻璃可提供的相同隔热效果。 /p p 　　对于这项研究的独特之处，Pop 说：“我们的研究团队正以一种全新的方式看待电子设备中的热量——将其看作声音。”电线中形成电流，是依靠电子在其中运动形成电子流。当这些电子运动时，就会与它们所经过材料中的原子相碰撞(比如电阻)，每发生一次碰撞，就会引起材料中的一个原子振动。电流越大，碰撞也就越频繁，最终可能就会发展为电子像撞钟一样不断敲击原子，而这种“刺耳”的震动远高于人们的听力阈值，所以对于其产生的能量，我们的感觉是热。 /p p 　　目前，如何更好地隔热是工程师们永恒的话题。如果参考录音室增加或增厚隔音玻璃，去增添隔热材料，那就会阻碍电子产品向着更轻薄的方向发展。所以斯坦福大学的研究人员借鉴了多层玻璃让室内更保暖的技巧(在不同厚度的玻璃之间填充一层空气)，设计出一种多层结构的材料薄膜。由于纳米材料的异质结构能够集成各个结构基元的性质，可实现对原子和电子结构的调制，从而获得新的功能。研究团队通过将原子薄厚的二维材料分层堆叠的方式，开发出一种拥有超高隔热性能的超薄异质结构。他们成功地将单层石墨烯、MoS2 和 WSe2 堆叠在一起。在这个“三明治”结构中，石墨烯是单层的，而另外 3 种片状材料均为 3 个原子厚。这样就制成了只有 10 个原子厚的 4 层绝热体。该结构可以很好地抑制原子的热振动，当原子通过每一层时，都会损失大部分能量。这样形成的薄膜材料的热阻是 SiO2 的 100 倍，并且在室温条件下导热效率优于空气。 /p p 　　对于智能手机、平板电脑等其他电子设备来说，它们是追求散热还是隔热的问题一直困扰着工程师。对于 SoC(System on Chip，系统级芯片)来说，单纯追求隔热，会导致机身内部温度过高，SoC 则需要降频 而如果只追求散热，就会导致机身“烫手”，影响用户的使用体验。而该新型隔热薄膜可能就是平衡上述问题的良方。 /p p 　　负责人 Pop 对外表示：“作为工程师，我们已经学习了很多关于如何控制电力的知识，我们对光的掌握也变得越来越好。但是我们才刚刚开始了解如何控制在原子尺度上表现为‘热’的高频声音。” /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 183px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/8e7e24ba-ec78-45de-8e07-afab71dec595.jpg" title=" 拉曼激光.jpg" alt=" 拉曼激光.jpg" width=" 600" height=" 183" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/34.html" target=" _self" 入射拉曼激光探测下，Gr/MoSe2/MoS2/WSe2 结构的截面示意图 B ~ E. 在SiO2衬底上混合 4 层(B)和 3 层(C 到 E)异质结构的横截面截图，由于碳原子的原子数相对较低，在每个异质结构顶部的单层石墨烯很难被识别出来(图自 Science Advances) /a /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 466px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/964404f2-023e-4a50-9433-9655e8b8cc04.jpg" title=" SThM 热图.jpg" alt=" SThM 热图.jpg" width=" 600" height=" 466" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 4 层结构的扫描热显微镜（SThM）热图，显示出通道内均匀的温度分布，证实了叠层中热层间耦合的均匀性（图自 Science Advances） /p

KLA科磊快速压痕技术对隔热涂层的测试什么是隔热涂层？隔热涂层（TBC）是一种多层多组分材料,如下图所示，应用于各种结构性组件中提供隔热和抗氧化的保护功能1。TBC中不同的微观结构特征，如热喷涂涂层的薄膜边界、孔隙度、涂层间界面、裂纹等，通常会极大地增加测试的难度。图 1. （a）多层、多功能的隔热涂层的示意图《MRS Bulletin》（b）隔热涂层的横截面的扫描电镜图KLA Instruments的测试方法利用KLA发明的 NanoBlitz 3D 压痕技术对TBC 涂层进行测试，每个压痕点测试只需不到一秒，可在微米尺度上对涂层和热循环类的样品的粘结层、表层涂层和粘结层—表面涂层的界面区域等进行各种不同范围的Mapping成像，单张Mapping最多可达100000个压痕点。结果与分析粘结层—表面涂层的界面区域是 TBC研究的重点之一，其微观结构及相应力学性能的变化，会影响到TBC 的热循环寿命。该界面处最重要的考量就是热生长氧化 (TGO) 层的形成，TGO是在高温条件下，粘结层的β-NiAl的内部扩散铝与通过表层涂层渗透的氧发生反应而成，TGO 层可防止粘结层和下面的衬底进一步的氧化，但TGO超过一定的临界厚度，又会导致严重的应变不兼容和应力失配，从而使 TBC 逐渐损坏并最终产生剥离2、3。下图显示了典型的等离子喷涂涂层的变化过程，TGO 的厚度会随着热循环次数的增加而增大。对应的硬度和弹性模量Mapping结果也显示出类似的趋势，同时，从硬度mapping图中也可以观察到粘结层一侧的作为铝源的 β-NiAl 相随热循环次数的增加而逐渐耗尽。图 2. （a，第一列）涂层状态下的 TGO 生长状况的硬度和弹性模量 mapping 图；（b，第二列） 5 次热循环后的 TGO 生长状况的硬度和弹性模量 mapping 图；（c，第三列）10 次热循环后的 TGO 生长状况的硬度和弹性模量 mapping 图；以及（d，第四列）100 次热循环后的 TGO 生长状况的硬度和弹性模量 mapping 图。TGO 生长引起的弹性模量差异会导致失配应力的发展，该失配应力又导致界面之上的表层涂层产生微裂纹，如上图（d，第四列）所示的mapping结果捕捉到了裂纹区域的硬度和弹性模量的降低现象。KLA的“Cluster”算法可以对不同物相的mapping数据反卷积处理并保留它的空间信息，即对相应的力学mapping图进行重构，如下图所示。图(c) 的Cluster的硬度mapping图清晰的展示出三组硬度明显不同的物相：（1）β-NiAl、（2）γ/γ‘-Ni 和（3）内部氧化产生的氧化物。图 3 .五次热循环后粘结层的（a）微结构图，（b）硬度mapping图（c） Cluster 后的结果。总结与结论KLA 的 NanoBlitz 3D 快速mapping技术可适用于隔热涂层的研究：TBC 不同膜层的界面区以及多孔的表面涂层的研究，甚至可以借助mapping技术获得的大量数据来预测 TBC 样品的剩余寿命。如想了解更多产品参数相关内容，欢迎通过仪器信息网和我们取得联系！ 400-801-5101

随着城市建设的高速发展，我国的建筑能耗逐年大幅度上升，建筑总能耗已达全国能源总消耗量的45%。其中空调、采暖造成的能耗约占60%~70%。因此，建筑外部隔热系统在施工领域变得日趋重要。为了检测新建或已有建筑上大面积外部隔热系统是否安装，以及评估这些隔热产品的热性能，由意大利隔热隔音协会（ANIT）在内的多家公司组成的团队，在FLIR红外热像仪的帮助下，开展了一个研究项目。ANIT与该组织的两个会员企业（即：Caparol与FLIR Systems）发起了一项关于辨识隔热系统与安装异常现象的研究。该研究由Tep srl进行统筹，该公司是一家专业从事建筑物无损能效测试的工程服务公司。01建立测试样本为了研究以外部隔热系统安装为特色的热现象，建立了一份测试样本，在样本三侧覆盖隔热面板（带有石墨添加剂的EPS）。在样本的顶部，墙体采用常见的错误铺设方法进行覆盖，而底部采用正确的铺设方法（有/无EPS合板钉）。涂层前的试样布局02主动热成像分析在太阳能蓄热与放热循环期间，对一面虚拟墙体进行监控与分析，定期记录并存储热图像。借助主动热成像技术，蓄热通过影响测试样本表面的太阳能辐射实现。在放热阶段，已聚集能量的结构在阴凉处开始释放能量时，对其进行监控。在该项测试中，ANIT选择了FLIR T640红外热像仪，经证明是最适用于本项目的工具。上图显示了在热负荷期间试样上部出现的温差，其中存在故意设置的安装错误03各种条件下的热传递为了正确分析由热成像分析突显的各种情况，掌握可能存在的铺设异常情况，需要了解不同条件下隔热表面热传递的基本知识。在不同条件下的热传递中（拥有不同的表面温度），每一种材料的热阻、传导率与厚度已不足以定义各隔热层的热性能。事实上，必须考虑材料的密度与比热。蓄热系数是一种表示不同条件下材料属性的参数，该系数与覆盖有外部隔热层结构的表面辐射率有关。呈现试样上部的温度图显示，存在热传导率低、比热容有限的隔热材料，以及热传导率高、比热容大的粘合剂和PVC合板钉。考虑到由于太阳辐射而储存的能量，保温层冷却得更快，因为储存的能量较小，即其体积比热容较小。热辐射率是衡量材料热能穿透力的一项参数：受太阳辐射影响的外部隔热层，其表面温度与材料表面向子层传导热量的方式有关，借助材料的比热来蓄热，进而得以升温。在这种条件下，热辐射率表示材料经过太阳辐射后，内部升温的容易程度：值越低，表示加热该材料需要的能量越小。测试样本包含拥有不同热发射率值（eff.）的多种材料：粘合剂（eff.=906），带有石墨添加剂的EPS（eff.=27），合板钉上的PVC（eff.=530）。04FLIR T640红外热像仪ANIT选择FLIR T640，是因为其可满足各种技术要求。样本研究需要检测温差在0.5℃的情形，在不同的时间段，能够自动记录和控制表面温度的变化。热像仪同样需要生成优质的视频图像，能够证实表面热性能的有效研究。利用平均太阳吸收系数对外墙表面放电时的热像图分析FLIR T640红外热像仪是一款性能优质的高质量产品。作为一款高性能的红外热像仪，其配备500万像素的可见光相机、可互换镜头选件、自动对焦功能，以及宽大的4.3英寸液晶触摸屏。本产品集卓越的人体工程设计以及优质成像功能于一身，提供高质量的图像清晰度与精确度，以及可扩展的通信可行性。检测完成后，使用FLIR T640还可以通过Wi-Fi连接至FLIR Tools Mobile进行图像分析和分享，或通过METERLiNK® 传输测试和测量数据至热像仪。05测试样本分析对材料的特性分析表明了由辐射引起的储能，以及在阴凉处进行后续放热的不同行为。对具有平均太阳吸收系数的外墙表面充电时的热成像分析热分析清楚地表明：存在两种截然不同的表面层，一类是具有低热传导率及有限比热容的隔热材料，一类是拥有较高热传导率及比热容的粘合剂和PVC合板钉。在进行热像图分析时，热像师必须清楚，哪些为表面异常现象：此外，还必须熟悉外部隔热系统，以及在合适环境条件下观测时，哪些现象可认为是存在缺陷。除此之外，FLIR T640还有助于您发现隐藏的电阻、机械磨损和其它热相关问题的迹象。FLIR T640拥有307,200（640×480）像素，提供MSX® 丰富细节和FLIR UltraMax® 增强分辨率，可达2000℃的温度校准，具有快速诊断问题和立即开始维修所需的出色图像质量和清晰度。