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奇妙的保温材料——气凝胶

火星表层温度比地球低的多，较低温小于-100℃。在这种低温环境中，火星车怎样解决保温问题呢？

其实地球路轨的航天器、月球表层的探测仪也面临着不良温度环境，为了维持航天器设备在较为舒心的温度条件下工作，一般通过给航天器穿着一种称为双层隔热组件的“衣服”，那样不管外界环境冷或是热，航天器都不受影响。

但是双层隔热部件只会在真空里才具有良好的耐火性能，火星表层800Pa左右二氧化碳气体环境里，它隔热效果就失去了。广西隔热保温凝胶厂家表示，这便是火星车需要选用气凝胶隔热的原因。

气凝胶是一种分散介质为汽体，由胶体粒子或聚合物分子互相集聚成网络架构的纳米多孔性固态材料。气凝胶网络架构的基本粒子孔径为1~20nm，孔眼规格为1~100nm。因为材料里的直径低于空气分子的平均自由程，能有效地抑止汽体对流。

那样，气凝胶有什么神奇之处呢？

（1）耐火性能好

用以隔热的聚四氟乙烯的传热系数为0.27W/（mK），而纳米气凝胶的传热系数一般为0.02W/（mK），仅是聚四氟乙烯的1/13。广西隔热保温凝胶厂家表示，这是因为在火星环境空气下小空隙滞止了二氧化碳气体，让对流换热发展不起来，气凝胶的微观结构比较薄，传热途径长，减少了导热水平。因而，密度低的纳米气凝胶材料是火星车热控系统的不错保温材料。

（2）重量轻

铁的密度是7800kg/m3，换句话说1立方的铁，净重做到7.8吨；空气的密度是1.29kg/m3，换句话说1立方空气，净重为1.29KG。火星车使用的气凝胶密度是30kg/m3，大约是空气的23倍，气凝胶生产中疑胶里的液态被汽体替代，产生相当多的孔眼及构造胞元，因而密度较低。

密度低二氧化硅气凝胶块体表面呈浅蓝色，因为密度低，块体能够稳定地局限在一朵真实月季花的表层。该材料还具有较强的透光性，能够清晰地观察到月季花的微小构造。

气凝胶材料很轻

气凝胶透光性优良

（3）质量稳定

气凝胶材质有多种，在火星车里运用的气凝胶成分是二氧化硅，在空间辐射环境里，这类材料承受空间高能辐射的能力强，不会产生的性能衰退。广西隔热保温凝胶厂家表示，选用60Coγ辐射源，对样件开展外露辐照，数据显示，传热系数基本没有产生变化，结构与质量稳定。

那样，火星车的气凝胶是如何制取出的呢？

制取过程主要分溶胶－疑胶流程和超临界干躁过程。首先根据溶胶－疑胶过程产生三维纳米的湿疑胶孔眼构造，随后选用超临界干燥技术在零界面张力条件下，除去孔眼结构中的溶剂，而维持纳米结构不被毁坏，后面形成气凝胶材料。

根据电子显微镜（TEM）观查气凝胶的微观结构，密度低气凝胶的骨架结构规格为2~5nm左右链状结构组成的多孔网络架构，孔尺寸多见20nm上下，并且也存有少量超过100nm的大孔结构，这是密度低气凝胶的典型特点。

但是这样的气凝胶没法用以工程，因为除了具备较好的耐火性能，还规定在密度低环境下，材料具有一定的强度，可机加为异形面的结构，开展组件的安装，因而还需进行增强体复合成型技术研究，产生密度低气凝胶复合材质，使密度低气凝胶材料具备工程应用价值。

加工后气凝胶

采用密度为7~10kg/m3的高聚物泡沫材料，为密度低气凝胶给予较好的框架强度，后面构成了密度低于30kg/m3的密度低纳米气凝胶复合材质。所制备的密度低气凝胶复合材质为白色块体，具有一定的结构强度，可进行手执组装。可机加为圆弧和斜角构造，有益于开展部部件拼装，产生隔热部件，开展工程应用。

密度低气凝胶复合材质

泡沫提高后，气凝胶复合材质的密度为28~30kg/m3。检测复合材质耐火性能，发觉密度为25kg/m3的纯气凝胶块体室温传热系数为0.030W/(mK)，而气凝胶复合材质的室温传热系数降至0.022W/(mK)。这是因为气凝胶针对近红外辐射几乎全通过，而高聚物泡沫的引进，可提高其红外挡住特性，进而提升了耐火性能。

检测密度低纳米气凝胶材料在不同气压和不同温度中的传热系数，结果显示，在真空低温环境下，气凝胶材料传热系数具备较低值。随着压力的上升，材料的传热系数升高，其原因在于随着压力的上升，汽体分子企业体积密度加大，碰撞频率加重。随着的温度升高，传热系数也呈上升趋势，这是因为温度上升后，汽体分子活动加重，造成液相导热的升高，同时固相导热也随着温度上升而上升。

其实，气凝胶不但用以火星车隔热，还可用作发动机等设施高温隔热，在美国“星尘”号探测器中，用气凝胶固定被检测星体的颗粒，并将这些颗粒带到地球进一步研究。并且，气凝胶做为墙体保温材料还能够广泛用于航天航空、建筑、原油供热等各行各业，运用前景广阔。

认证火星车热设计的实验

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