Исследование

«Оптимизационное моделирование свойств теплоизоляционных функционально-градиентных изделий на основе минеральных порошков оксида кремния, синтезированного из природного диатомита»


Тип исследования
Фундаментальное
Грантодающая организация
Фонд РФФИ, Правительство РМ.
Номер проекта (по данным грантодающей организации)
18-48-130001/18 фундаментальная НИР № г/б 57-18 РМ
Срок реализации
2018 - 2019
Финансирование по годам
(нет записей)

Исполнители:


Установлено, что для снижения теплопроводности пористого материала необходимо: повышать пористость макроструктуры (m2  до порога перколяции mП ); кластеров (снижая pk ); формировать многоуровневую поровую структуру материала; снижать внутрипоровое давление P; снижать степень черноты порового пространства и ограничивающих поверхностей; принимать материалы с низким коэффициентом температуропроводности и удельной теплоемкости.

Рассмотрены два способа синтеза мелкозернистого микрокремнезема из диатомитовых пород, пригодного для создания вакуумных   теплоизоляционных панелей с теплопроводностью 0,002-0,02 Вт/м2к. Методом анализа  детерминированных  моделей переноса тепла в  зернистых системах  определены основные индикаторы, определяющие зависимость теплопроводности от физических и   топологических свойств частиц диоксида кремния. Для оценки и регулирования теплопроводности зернистых систем, к основным индикаторам можно отнести:  – пористость микроструктуры;   – плотность кластеров, формирующих микроструктуру;   – характеристика степени (диссипации энергии излучения) черноты частиц наполнителя;   – диаметр пор на i-ом масштабном уровне;  – теплопроводность твердой и газовой фазы системы; a – коэффициент аккомодации; N – координационное число; D – фрактальную размерность, характеризующую топологические особенности строения частиц, агрегатов, кластеров.Проведен экспериментальный анализ свойств синтезированного микрокремнезема.  В результате проведенных исследований установлено, что оптимальные свойства дисперсного микрокремнезема, синтезированного из опал -   кристобалитовых  биоморфных  пород (диатомита Атемарского  месторождения)  путем осаждения оксида кремния  из коллоидного раствора, получены при реализации  второго способа  производства. В процессе синтеза получен  дисперсный   микрокремнезем, представленный   минералом опал,  построенным из   полимеризиванных  нитей аморфного кремнезема, которые   свернуты в   глобулы,  шаровые  кластеры диаметром в диапазоне 2-40 нм. Топология  поверхности глобул характеризуется фрактальной размерностью D = 2,32; 2,64, что обеспечивает снижение значений коэффициента  аккомодации и соответственно теплопроводности. Ассоциации   шаровидных  кластеров из частиц наноразмерного уровня формируют    масштабноинвариантную поровую   структуру, обеспечивающую низкую   теплопроводность.

В результате анализа и определения   структурных параметров зернистой системы, сформированной из синтезированных частиц диоксида кремния,  установлено, что  при производстве вакуумных  изоляционных панелей  их теплозащитные   свойства можно регулировать путем изменения: давления, вязкости,  молекулярного веса газа; пористости  макроструктуры и кластеров; теплопроводности твердой и газовой фазы  системы;   коэффициента   аккомодации;  координационного числа; размера первичных частиц; фрактальной размерности, характеризующей топологические  особенности строения частиц, агрегатов, глобул, кластеров  и их склонность  к диссипации энергии молекул газа.

Powered by Froala Editor

Powered by Froala Editor

Powered by Froala Editor



Давыдкин А.М.

Отчет по состоянию на 1 апреля

Установлено, что для снижения теплопроводности пористого материала необходимо: повышать пористость макроструктуры (m2  до порога перколяции mП ); кластеров (снижая pk ); формировать многоуровневую поровую структуру материала; снижать внутрипоровое давление P; снижать степень черноты порового пространства и ограничивающих поверхностей; принимать материалы с низким коэффициентом температуропроводности и удельной теплоемкости.

Рассмотрены два способа синтеза мелкозернистого микрокремнезема из диатомитовых пород, пригодного для создания вакуумных   теплоизоляционных панелей с теплопроводностью 0,002-0,02 Вт/м2к. Методом анализа  детерминированных  моделей переноса тепла в  зернистых системах  определены основные индикаторы, определяющие зависимость теплопроводности от физических и   топологических свойств частиц диоксида кремния. Для оценки и регулирования теплопроводности зернистых систем, к основным индикаторам можно отнести:  – пористость микроструктуры;   – плотность кластеров, формирующих микроструктуру;   – характеристика степени (диссипации энергии излучения) черноты частиц наполнителя;   – диаметр пор на i-ом масштабном уровне;  – теплопроводность твердой и газовой фазы системы; a – коэффициент аккомодации; N – координационное число; D – фрактальную размерность, характеризующую топологические особенности строения частиц, агрегатов, кластеров.Проведен экспериментальный анализ свойств синтезированного микрокремнезема.  В результате проведенных исследований установлено, что оптимальные свойства дисперсного микрокремнезема, синтезированного из опал -   кристобалитовых  биоморфных  пород (диатомита Атемарского  месторождения)  путем осаждения оксида кремния  из коллоидного раствора, получены при реализации  второго способа  производства. В процессе синтеза получен  дисперсный   микрокремнезем, представленный   минералом опал,  построенным из   полимеризиванных  нитей аморфного кремнезема, которые   свернуты в   глобулы,  шаровые  кластеры диаметром в диапазоне 2-40 нм. Топология  поверхности глобул характеризуется фрактальной размерностью D = 2,32; 2,64, что обеспечивает снижение значений коэффициента  аккомодации и соответственно теплопроводности. Ассоциации   шаровидных  кластеров из частиц наноразмерного уровня формируют    масштабноинвариантную поровую   структуру, обеспечивающую низкую   теплопроводность.

В результате анализа и определения   структурных параметров зернистой системы, сформированной из синтезированных частиц диоксида кремния,  установлено, что  при производстве вакуумных  изоляционных панелей  их теплозащитные   свойства можно регулировать путем изменения: давления, вязкости,  молекулярного веса газа; пористости  макроструктуры и кластеров; теплопроводности твердой и газовой фазы  системы;   коэффициента   аккомодации;  координационного числа; размера первичных частиц; фрактальной размерности, характеризующей топологические  особенности строения частиц, агрегатов, глобул, кластеров  и их склонность  к диссипации энергии молекул газа.

Powered by Froala Editor