bt365手机平台-下载首页

  • 伊夫林王教授(右一),研究生埃莉斯Strobach(左),及已执行的同事低成本硅的理论和实验研究气凝胶优化,以作为在特定器件中的透明隔热。

    伊夫林王教授(右一),研究生埃莉斯Strobach(左),及已执行的同事低成本硅的理论和实验研究气凝胶优化,以作为在特定器件中的透明隔热。

    照片:斯图尔特darsch

    全屏
  • 研究生埃莉斯Strobach显示二氧化硅气凝胶样品是十分明显的,足以识破。她目前正在开发气凝胶这将装进面包今天的双层窗户,使他们能够轻松地集成到生产线存在的问题。

    研究生埃莉斯Strobach显示二氧化硅气凝胶样品是十分明显的,足以识破。她目前正在开发气凝胶这将装进面包今天的双层窗户,使他们能够轻松地集成到生产线存在的问题。

    照片:斯图尔特darsch

    全屏
  • 博士赵琳'19独特配方指南,气凝胶的透明度,清晰度和保温为特定应用定制的发展模式。

    博士赵琳'19独特配方指南,气凝胶的透明度,清晰度和保温为特定应用定制的发展模式。

    照片:赵琳

    全屏
  • 图1:一些入射光被吸收气凝胶或内直接穿过,并从另一侧冒出 - 标记的上述“直接透射率。”的剩余部分可以在每次遇到颗粒孔隙接口,这意味着时间它可以在多个方向上被散射多次被重定向出现它为“漫反射”或“漫透射率”,这取决于表面上的光从射出气凝胶前。

    图1:一些入射光被吸收气凝胶或内直接穿过,并从另一侧冒出 - 标记的上述“直接透射率。”的剩余部分可以在每次遇到颗粒孔隙接口,这意味着时间它可以在多个方向上被散射多次被重定向出现它为“漫反射”或“漫透射率”,这取决于表面上的光从射出气凝胶前。

    图片:林昭

    全屏
  • 图2:这些图显示的总透射率(顶部)和雾度(底部),如样品厚度的增加气凝胶样品。 (密度在所有样品是每立方米200公斤。)的曲线示出的结果与纳米粒子的3纳米(黑色),6纳米(红),和9纳米(蓝色)的平均粒子假设半径。

    图2:这些图显示的总透射率(顶部)和雾度(底部),如样品厚度的增加气凝胶样品。 (密度在所有样品是每立方米200公斤。)的曲线示出的结果与纳米粒子的3纳米(黑色),6纳米(红),和9纳米(蓝色)的平均粒子假设半径。

    研究人员的形象礼貌。

    全屏
  • 图3:数据点示出从三个MIT样品和国家的最先进的9二氧化硅气凝胶的总透光率和雾度。气凝胶即100%的透明与0%的雾度将下降ESTA图的右下角。bt365手机app的样品做最好的 - 即使相较于单窗格玻璃,它是由绿条表示。

    图3:数据点示出从三个MIT样品和国家的最先进的9二氧化硅气凝胶的总透光率和雾度。气凝胶即100%的透明与0%的雾度将下降ESTA图的右下角。bt365手机app的样品做最好的 - 即使相较于单窗格玻璃,它是由绿条表示。

    研究人员的形象礼貌。

    全屏
  • 图4:表现为平均颗粒半径和密度的函数。这些附图示出了总透射率(顶部)和雾度(底部),其平均颗粒半径和密度气凝胶的函数。等高线图显示了颗粒尺寸和密度 - 两个可控性质 - 即需要实现目标透射率和雾度。

    图4:表现为平均颗粒半径和密度的函数。这些附图示出了总透射率(顶部)和雾度(底部),其平均颗粒半径和密度气凝胶的函数。等高线图显示了颗粒尺寸和密度 - 两个可控性质 - 即需要实现目标透射率和雾度。

    研究人员的形象礼貌。

    全屏
  • 图5:测试气凝胶增强太阳能热接收,设计和建造的研究上面示出的装置的可行性。他们开始与传统的黑体吸收,其吸收辐射并将其转化为热量。它们二氧化硅气凝胶块的堆叠上方吸收放置,优化,以让在阳光和防止热量逃逸。其结果是一个低成本,高性能的太阳能光热系统。

    图5:测试气凝胶增强太阳能热接收,设计和建造的研究上面示出的装置的可行性。他们开始与传统的黑体吸收,其吸收辐射并将其转化为热量。它们二氧化硅气凝胶块的堆叠上方吸收放置,优化,以让在阳光和防止热量逃逸。其结果是一个低成本,高性能的太阳能光热系统。

    研究人员的照片礼貌。

    全屏
  • 图6:这些曲线显示在冬天的自然阳光气凝胶接收机下由研究者取得之间上午11点的温度和下午1点该试验证实了单一气凝胶系统表现良好可能 - 而不需要昂贵的光学器件,太阳能吸收器,或真空罩。

    图6:这些曲线显示在冬天的自然阳光气凝胶接收机下由研究者取得之间上午11点的温度和下午1点该试验证实了单一气凝胶系统表现良好可能 - 而不需要昂贵的光学器件,太阳能吸收器,或真空罩。

    研究人员的形象礼貌。

    全屏
  • 完成气凝胶圆盘小心翼翼地拿出压力容器,现在ITS毛孔内充满空气。该盘是在金属的顶部几乎看不见的网眼支持它。

    完成气凝胶圆盘小心翼翼地拿出压力容器,现在ITS毛孔内充满空气。该盘是在金属的顶部几乎看不见的网眼支持它。

    照片:斯图尔特darsch

    全屏

做一个了不起的材料,甚至更好

MIT 伊夫林王教授(右一),研究生埃莉斯Strobach(左),及已执行的同事低成本硅的理论和实验研究气凝胶优化,以作为在特定器件中的透明隔热。

为设备和窗户太阳能气凝胶比玻璃更透明。


记者联系

凯瑟琳琉
电子邮件: keluu@mit.edu
电话:617-324-2408
bt365手机app能源倡议

近几十年来,寻求高性能隔热建筑有促使制造商转向气凝胶。在20世纪30年代发明的,这些显着的材料是半透明的,ultrap要么ous,比棉花糖更轻,强大到足以支持一块砖,以及无与伦比的障碍热流,使他们完善保持在一个寒冷的冬日,外当夏季气温热内琐珥。

五年前,研究人员领导的 伊夫林旺,教授,机械工程系主任,并陈刚,卡尔理查德索德伯格教授在电力工程,着手多一个属性添加到列表中。他们的目的是使二氧化硅气凝胶这是真正透明。

“我们一开始就试图实现对太阳能光热系统的光学透明,隔热气凝胶,”王说。纳入太阳能集热器,气凝胶板将允许阳光中畅通无阻,但防止热量来自回来了 - 在今天的系统中的一个关键问题。如果透明气凝胶进行充分明确,纳入窗可能是,它会起到一个很好的热屏障,但仍允许乘客就看出来了。

当研究人员将他们的工作开始,即使是最好的气凝胶达不到这些任务。 “有几十年的人有这样的气凝胶是一个很好的热绝缘体,但不能他们已经为了让他们非常光学透明的,说:”机械工程淋着博士'19。 “因此,在我们的工作中,我们一直在试图了解究竟为什么他们不是很透明,我们怎样才能提高增加那么它们的透明度。”

气凝胶:机遇与挑战

二氧化硅气凝胶的显着性质是纳米级结构STI的结果。该结构能够可视化,想抱着一堆小的,明确的颗粒在你的手。试想一下,颗粒相互接触并略微粘在一起,在它们之间留有间隙中填充空气中。类似地,在二氧化硅气凝胶,清晰,松散连接,纳米级二氧化硅颗粒形成三维固体网络结构中的整体即大多空气。因为所有的空气,一氧化硅气凝胶的密度极低 - 事实上,任何已知材料的密度最低的一个主体 - 但它的坚实结构坚固,虽然脆。

如果二氧化硅气凝胶由透明颗粒和空气的,为什么不是透明?因为这确实光线不是全部都会直接传送进入。它被转移每当它遇到固体颗粒和围绕它的空气之间的界面。图1在幻灯片以上说明了这个过程。当光线进入气凝胶,有的里面吸收。一些 - 所谓的直接透射比 - 直接穿过。有的沿着由这些接口的方式重新定向。它可以被分散在许多次,并在任何方向上,以一定的角度最终离开所述气凝胶。如果从通过从而进入它的表面退出时,它被称为漫反射率;如果从另一个侧面射出,它被称为漫透射率。

使太阳能热系统的气凝胶,所需要的最大限度的研究者总透射率:直接加发散分量。并提出一个窗口气凝胶,他们需要最大限度的整体透射率和最小化总也就是说漫射光的同时分数。 “最小化漫射光是至关重要的,因为它会让窗口的外观浑浊,”赵说。 “我们的眼睛是透明材料的任何缺陷非常敏感。”

开发一个模型

纳米粒子的大小和它们之间的孔隙具有通过气凝胶的光通过的命运产生直接影响。但通过反复试验找出这种互动需要合成和表征太多的样本是可行的。 “人们一直没能系统地了解的结构和性能之间的关系,”赵说。 “因此,我们需要开发出将连接两个的典范。”

开始,赵转向辐射传输方程,它在数学上描述如何的光(辐射)通过介质传播是由吸收和散射影响。通常它被用于计算光的通过地球和其他行星的大气转移。据王某知道,它并没有完全探索气凝胶去过问题。

散射和吸收可以减少通过气凝胶的透射光的量,并且光能够被散射多次。以考虑这些影响,模型解耦两种现象,并分别量化他们 - 为光的各波长。

基于所述二氧化硅颗粒的尺寸和样品(总孔体积的指标)的密度,光强度模型通过在确定其吸收和使用从电磁理论预测的散射行为计算的气凝胶层。那些使用结果,计算有多少入射光通行证通过样品和直接的量有多大一路上散出来的扩散。

接下来的任务是验证通过理论预测模型及其比较实验结果和。

合成气凝胶

并行工作,机械工程埃莉斯Strobach的研究生学习如何最好已经合成气凝胶样品 - 既要引导模式的发展,并最终验证。在这个过程中,她制作了如何与期望中的特定结构合成的气凝胶新的见解。

她与硅称为硅烷,用水哪个发生化学反应的一种常见形式的程序开始形成气凝胶。在此期间,反应,成核位点发生在哪里微小颗粒开始形成。他们建立了如何快速确定最终结构。检查反应,她增加了一个催化剂,氨。通过氨对硅烷的比例仔细选择,她得到的二氧化硅颗粒在第一生长,然后快速突然停止生长当前体材料是离去 - 制备颗粒的方法是小而均匀也就是说。此外,她添加溶剂,甲醇,以稀释混合物,并控制成核位点的密度,因此,颗粒之间的孔。

硅烷和水之间的反应形成含有固体纳米结构随着内部与溶剂填充的孔的凝胶容器。干燥湿凝胶,Strobach需要得到溶剂出的孔的并用空气代替它 - 无需压碎结构精巧。她将气凝胶到临界点干燥器的压力室和洪水液体共2 进入室内。该液体共2 冲出来的清洗剂,需要地方毛孔内ITS。然后她慢慢升高,直到液体共同的室内的温度和压力2 TRANSFORMS CON SUS超临界状态,其中液相和气相可以不再是有区别的。通气腔室缓慢释放CO2 和叶气凝胶的背后,现在充满空气。然后,她受试者样品24小时退火 - 一个标准的热处理工艺 - 你稍微降低,而不会牺牲保温性能强散射。具有甚至24小时内退火的,她的新的方法,从到不到四天缩短所需时间气凝胶合成几个星期。

验证和使用模型

验证模型,Strobach样品制造成具有严格控制的厚度,密度,以及颗粒尺寸和孔隙 - 如判定由小角X射线散射 - 和用于测量标准分光光度计总和漫透射率。

这证实了数据,基于一个样品测量气凝胶的物理特性,该模型可以计算的透光率整体以及清晰度称为雾度的度量,定义为总的分数是由漫射光的透射率。

这次演习证实在开发模型所做赵简化假设。另外,它表明,辐射特性是独立的样品的几何形状,所以他的模型可以模拟在任何形状的气凝胶光传输。并且它可以应用于不只是气凝胶,但对任何多孔材料。

王教授是什么,她认为从模拟和实验结果的最重要的启示:“总体而言,我们认为其中的关键越来越高透明度和最小的阴霾 - 在不降低隔热能力 - 是颗粒和毛孔那是真正的小而均匀在规模,“她说。

一个分析行为的变化表明,可以用粒径小的改变吃。许多应用要求使用较厚一块透明的气凝胶以更好的热传递块。可能会降低,但增加提高透明度的厚度。与他们的样品,只要粒径小,增加厚度增加,以实现更大的热绝缘也不降低显着地增加总的透射率或浊度。

来自bt365手机app和其他地方比较气凝胶

多大的差别呢他们的做法化妆? “我们的气凝胶比玻璃更透明,因为它们不反映 - 他们没有眩光点在哪里玻璃捕捉光线,反映了你,” Strobach说。

林,他们的工作的主要贡献是对材料的设计整体指导方针,通过在上述幻灯片图4所展示的。通过这样的“设计图”,帮助用户气凝胶可以定制为业主的申请。基于所述等高线图,它们可确定可控性能组合气凝胶 - 即,密度和颗粒大小 - 实现目标雾度和透射率结果对于许多应用需要的。

气凝胶在太阳能集热器

研究人员已经展示了新的气凝胶为他们的太阳热能转换系统,通过吸收辐射并将其转换成热能将太阳能转化为热能的价值。太阳能热当前的系统可以在所谓的中间温度产生热能 - 间120个220摄氏度 - 哪些可用于水和空间加热,蒸汽产生,工业过程,等等。的确,在2016年,美国热能消耗所有可再生能源超过了总发电。

然而,国家的最先进的太阳热能系统依赖于昂贵的光学系统,集中入射的太阳光,专门设计的表面,以吸收辐射,并保留原有热量,昂贵和难以维护的真空罩,以保持该热逃逸。迄今为止,这些组件的成本限制了市场普及。

赵本山和他的同事们想到了用透明可能会将这些解决问题的气凝胶层。上述吸收放置,它可以通过从预防性然后逸出入射的太阳辐射和热让。所以它会复制这是造成全球变暖的自然本质温室效应 - 到了登峰造极的地步,但是,小规模,并用积极的成果。

尝试一下,太阳气凝胶的研究人员设计了一种基于热接收器。该装置包括一个近“黑体”吸收剂(涂有黑色涂料的薄铜片能够吸收所有辐射能即在其上跌倒),和其上进行了优化,低散射的二氧化硅气凝胶块的堆叠,能有效地发射和阳光抑制传导,对流和辐射同时热损失。气凝胶的纳米结构都是为了使光透过性,同时保持其ITS超低热导率。本气凝胶,没有需要昂贵的光学器件,表面,或真空罩。

之后,设备的广泛的实验室测试,研究人员决定对它进行测试“在现场” - 在这种情况下,bt365手机app建筑的屋顶。在一个阳光明媚的冬日,他们建立他们的设备,固定接收机走向从水平南部和倾斜60度最大化的阳光照射。然后,他们之间的ITS上午11时监视的性能和下午1点尽管冷的环境温度(小于1 c)和云在下午的存在,吸收马上开始的温度,并增加上述220℃最终稳定增加。

赵,由人工温室效应已经显示性能打开了我称之为“一个令人兴奋的途径,以促进太阳能光热能源利用的。”目前,我和他的同事已经证明,它可以转换成水蒸汽大于120℃。在科技孟买的印度研究所合作与研究人员,他们正在探索在印度可能蒸汽处理的应用程序和执行成本低廉,在农村社区消毒医疗设备完全被动式太阳能高压釜的现场测试。

Windows和更多

Strobach已-一直奉行的透明气凝胶的另一个广阔的应用前景 - 在Windows中。 “在试图让更多的透明气凝胶,我们打了一个政权在我们的制造过程中,我们能在哪里做的事小,但它并没有导致在透明度显著的变化,”她说。 “但它确实使清晰度,一个显著变化”为窗口的主要特征。

价格合理,隔热窗的可用性会有一些影响Strobach说。每到冬季,在美国窗户功率超过50万个家庭失去了足够的能量。浪费的能源成本一年多的经济$ 32个十亿,并生成3.5亿吨二氧化碳的2 - 以上是76万辆触发。消费者可以选择高效率的三重窗格窗口,但他们是如此昂贵,他们没有被广泛使用。

通过Strobach和她的同事分析表明,与气凝胶窗格替换传统的双面板窗口中的空隙可能是答案。其结果可能是一个双面板窗口是40%比传统更和绝缘的85%作为绝缘今天的三窗格窗口 - 在不到一半的价格。更妙的是,该技术可以迅速通过。气凝胶窗格设计,以适应目前的两个在制造工艺窗格这是整个行业普遍存在的,所以它可以在对既有线的生产,只有轻微的变化低成本制造。

赵模型的指导下,研究人员正在继续改进他们的气凝胶的性能,特别注重提高透明度和清晰度,同时保持保温。此外,他们正在考虑其他的一些传统的低成本系统那倒 - 像太阳热能及窗口技术 - 从优化创建高性能的隔热气凝胶滑动好处让阳光充沛这一点。

ESTA研究得到了全光谱优化转换和美国的阳光计划利用支持能源部下属的高级研究计划局,能源部;固态太阳能热能转换中心,能源前沿研究中心由美国资助能源,科学办公室,基础能源科学系;和MIT塔塔中心的技术和设计。埃莉斯Strobach来自美国国家科学基金会研究生研究奖学金计划的资助。赵琳博士'19现在是3M公司在光学设计ST工程师。明尼苏达州圣保罗市。 

这篇文章将出现在 2019秋 问题在于 能源期货,美国bt365手机app能源倡议的杂志。 


主题: bt365手机app能源倡议, 机械工业, 能源, 工程学院, 塔塔中心, 研究, 纳米科学和纳米技术, 材料科学与工程

回到顶部