Материал с низкой теплопроводностью: Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость: таблица теплопроводности материалов

Ученые открыли материал с самой низкой теплопроводностью

https://ria.ru/20210715/teploprovodnost-1741391973.html

Ученые открыли материал с самой низкой теплопроводностью

Ученые открыли материал с самой низкой теплопроводностью – РИА Новости, 15.07.2021

Ученые открыли материал с самой низкой теплопроводностью

Британские и французские ученые синтезировали новый неорганический материал с самой низкой на сегодняшний день теплопроводностью. По мнению авторов, это… РИА Новости, 15.07.2021

2021-07-15T21:00

2021-07-15T21:00

2021-07-15T21:00

наука

технологии

великобритания

химия

физика

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e5/07/0f/1741376784_0:401:1392:1184_1920x0_80_0_0_e989180d69619a141bcde475f93aa833.jpg

МОСКВА, 15 июл — РИА Новости. Британские и французские ученые синтезировали новый неорганический материал с самой низкой на сегодняшний день теплопроводностью. По мнению авторов, это открытие будет иметь решающее значение для разработки термоэлектрических материалов нового поколения. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.Примерно семьдесят процентов всей энергии, производимой в мире, расходуется в виде тепла. Для сокращения этих потерь необходимы материалы с низкой теплопроводностью. Разработка новых и более эффективных термоэлектрических материалов, которые могут преобразовывать тепло в электричество, считается ключевым вопросом перехода на источники чистой энергии.Исследователи из Ливерпульского университета вместе с коллегами из Университетского колледжа Лондона, британской национальной лаборатории Резерфорда — Эплтона и французской лаборатории кристаллографии и материаловедения CRISMAT путем дизайна на атомном масштабе создали новый материал, обладающий уникально низкой теплопроводностью.Материал объединяет две разные атомные структуры, каждая из которых замедляет скорость передачи тепла сквозь твердое тело. Самой сложной задачей было соединить обе структуры в одном материале, так как для этого нужно точно контролировать расположение каждого атома. Подбирая экспериментальным путем химические варианты различных атомных расположений, ученые интуитивно ожидали получить среднее значение физических свойств двух компонентов, но синергетический эффект превзошел их ожидания.”Обнаруженный нами материал имеет самую низкую теплопроводность среди всех неорганических твердых тел и проводит тепло почти так же плохо, как воздух”, — приводятся в пресс-релизе Ливерпульского университета слова руководителя исследования профессора Мэтта Россейнски (Matt Rosseinsky).Если принять теплопроводность стали за единицу, то показатель титанового стержня составит 0,1; вода и строительного кирпича — 0,01; воздуха — 0,0005; а нового материала — 0,001.Сначала авторы определили механизмы, ответственные за снижение теплопередачи в каждой из двух структур, а потом создали комбинированную компоновку атомов, имеющую имеет гораздо более низкую теплопроводность, чем любой из двух исходных материалов.”Захватывающий вывод этого исследования состоит в том, что можно улучшить свойства материала, используя атомистические взаимодействия, — говорит еще один из авторов статьи доктор Джон Алария (Jon Alaria), научный сотрудник химического факультетаЛиверпульского университета и Института возобновляемых источников энергии Стивенсона. — Помимо переноса тепла, эта стратегия может быть применена к другим важным фундаментальным физическим свойствам, таким как магнетизм и сверхпроводимость, обеспечивающим меньшее энергопотребление и более эффективную передачу электричества”.По мнению авторов, их открытие представляет собой прорыв в управлении тепловым потоком на атомном масштабе и имеет большое значение как для фундаментального понимания свойств материалов, так и для практического применения в термоэлектрических устройствах, например, для разработки термоизолирующих покрытий.

https://ria.ru/20201224/ekran-1590713308.html

https://ria.ru/20210616/sverkhprovodnik-1737244365.html

великобритания

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e5/07/0f/1741376784_0:270:1392:1314_1920x0_80_0_0_2ff0d6390b219f4514dab73413f22c0b.jpg

1920

1920

true

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

технологии, великобритания, химия, физика

Наука, Технологии, Великобритания, Химия, Физика

МОСКВА, 15 июл — РИА Новости. Британские и французские ученые синтезировали новый неорганический материал с самой низкой на сегодняшний день теплопроводностью. По мнению авторов, это открытие будет иметь решающее значение для разработки термоэлектрических материалов нового поколения. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Примерно семьдесят процентов всей энергии, производимой в мире, расходуется в виде тепла. Для сокращения этих потерь необходимы материалы с низкой теплопроводностью. Разработка новых и более эффективных термоэлектрических материалов, которые могут преобразовывать тепло в электричество, считается ключевым вопросом перехода на источники чистой энергии.

Исследователи из Ливерпульского университета вместе с коллегами из Университетского колледжа Лондона, британской национальной лаборатории Резерфорда — Эплтона и французской лаборатории кристаллографии и материаловедения CRISMAT путем дизайна на атомном масштабе создали новый материал, обладающий уникально низкой теплопроводностью.

Материал объединяет две разные атомные структуры, каждая из которых замедляет скорость передачи тепла сквозь твердое тело. Самой сложной задачей было соединить обе структуры в одном материале, так как для этого нужно точно контролировать расположение каждого атома.

Подбирая экспериментальным путем химические варианты различных атомных расположений, ученые интуитивно ожидали получить среднее значение физических свойств двух компонентов, но синергетический эффект превзошел их ожидания.

Ученые создали материал для смартфонов, который умеет регенерироваться

24 декабря 2020, 12:27

“Обнаруженный нами материал имеет самую низкую теплопроводность среди всех неорганических твердых тел и проводит тепло почти так же плохо, как воздух”, — приводятся в пресс-релизе Ливерпульского университета слова руководителя исследования профессора Мэтта Россейнски (Matt Rosseinsky).

Если принять теплопроводность стали за единицу, то показатель титанового стержня составит 0,1; вода и строительного кирпича — 0,01; воздуха — 0,0005; а нового материала — 0,001.

Сначала авторы определили механизмы, ответственные за снижение теплопередачи в каждой из двух структур, а потом создали комбинированную компоновку атомов, имеющую имеет гораздо более низкую теплопроводность, чем любой из двух исходных материалов.

“Захватывающий вывод этого исследования состоит в том, что можно улучшить свойства материала, используя атомистические взаимодействия, — говорит еще один из авторов статьи доктор Джон Алария (Jon Alaria), научный сотрудник химического факультета

Ливерпульского университета и Института возобновляемых источников энергии Стивенсона. — Помимо переноса тепла, эта стратегия может быть применена к другим важным фундаментальным физическим свойствам, таким как магнетизм и сверхпроводимость, обеспечивающим меньшее энергопотребление и более эффективную передачу электричества”.

По мнению авторов, их открытие представляет собой прорыв в управлении тепловым потоком на атомном масштабе и имеет большое значение как для фундаментального понимания свойств материалов, так и для практического применения в термоэлектрических устройствах, например, для разработки термоизолирующих покрытий.

Открыт новый топологический сверхпроводник

16 июня 2021, 15:41

Теплопроводность материалов. Как считают? Сравнительная таблица

Дмитрий Крылов

Эксперт по частным домам. Опыт загородного проживания: 30 лет.

Теплопроводность строительных материалов стала популярной темой в последние годы. Это связано с тем, что люди стали чаще задумываться о том, как сэкономить на отоплении дома зимой, либо сделать их более экологичными (если они отапливаются на угле, мазуте или другом неэкологичном топливе).

Полагаем, многие из вас уже слышали, что одни материалы хорошо проводят тепло, а другие — не очень. Соответственно из одних дома получаются сразу теплыми, а из других — их обязательно нужно утеплять. Но как же все это считают? По каким критериям и формулам? Об этом мы расскажем вам в данной статье.

Коэффициент теплопроводности Лямбда. Что это такое?

Коэффициент λ (лямбда) — это, пожалуй, наиболее важный параметр всех теплоизоляционных материалов. Его значение указывает на то, сколько тепла материал может пропускать через себя. То есть его показатель теплопроводности.

Чем ниже значение коэффициента λ (лямбда), тем меньше проводимость материала и, следовательно, он лучше изолирован от тепловых потерь. Это означает, что при одинаковых условиях больше тепла будет проходить через вещество с большей теплопроводностью.

Как же высчитывается этот коэффициент? Согласно второму закону термодинамики, тепло всегда уходит в область более низкой температуры. Для тела в форме теплопроводного кубоида в стационарных условиях количество передаваемого тепла зависит от вещества, пропорционально поперечному сечению тела, разности температур и времени теплопередачи.

Таким образом формула расчет будет выглядеть так:

Q = λ (S ΔTt / d)

отсюда лямбда:

λ = (Q / t) · (d / S ΔT)

где:

• λ (лямбда) — коэффициент теплопроводности;
• ΔQ — количество тепла, протекающего через тело;
• t — время;
• L — длина тела;
• S — площадь поперечного сечения корпуса;
• ΔT — разность температур в направлении теплопроводности;
• d — толщина перегородки.

За единицу измерения теплопроводности принимается система СИ — [Вт / (м · К)]. Она выражает количество теплового потока через единицу поверхности материала заданной толщины, если разница температур между двумя его сторонами составляет 1 Кельвин. Измеряют все эти показатели в специальных строительных лабораториях.

От чего зависит теплопроводность?

Итак, как мы уже убедились, коэффициент теплопроводности λ (лямбда) характеризует интенсивность теплопередачи через конкретный материал.

Так, например, наиболее теплопроводными являются металлы, а самыми слабыми — газы. Еще все проводники электричества, такие как медь, алюминий, золото или серебро, также хорошо пропускают через себя тепло, в то время как электрические изоляторы (дерево, пластик, резина) наоборот задерживают его.

Что может повлиять на этот показатель, кроме самого материала? Например, температура. Теплопроводность изоляционных материалов увеличивается с повышением температуры, а у металлов — напротив, уменьшается. Еще может повлиять наличие примесей. Сплавы разнородных металлов обычно имеют более низкую теплопроводность, чем их легирующие элементы.

В целом, теплопроводность веществ зависит, в основном, от их структуры, пористости, и прежде всего от их плотности. Поэтому, если производитель заявляет о низком значении лямбда при низкой плотности материала, — эта информация, как правило, не имеет ничего общего с действительностью и просто рекламный ход.

Значения теплопроводности для различных материалов

Сравнить, насколько тот или иной материал может пропускать тепло, вы можете воспользовавшись данной таблицей:

Материал	Теплопроводность [Вт / (м · К)]
Полиуретановая пена	0,025 — 0,045
Воздух	0,03
Минеральная вата	0,031 — 0,045
Пенополистирол	0,032 — 0,045
Войлок, маты и плиты из минеральной ваты	0,042 — 0,045
Дерево	0,16 — 0,3 (сосна и ель), 0,22 — 0,4 (дуб)
Кирпич	0,15 – 1,31
Портландцемент	0,29
Вода	0,6
Обычный бетон	1 — 1,7
Железобетон	1,7
Стекло	0,8
Армированное стекло	1,15
Полиэфирная смола	0,19
Гипсовая штукатурка	0,4 — 0,57
Мрамор	2,07 – 2,94
Нержавеющая сталь	17
Чугун	50

Применение коэффициента теплопроводности в строительстве

В строительстве действует одно простое правило — коэффициенты теплопроводности изоляционных материалов должны быть как можно ниже. Все потому, что чем меньше значение λ (лямбда), тем меньше можно сделать толщину изоляционного слоя, чтобы обеспечить конкретное значение коэффициента теплопередачи через стены или перегородки.

В настоящее время производители теплоизоляционных материалов (пенополистирол, графитовые плиты или минеральная вата) стремятся минимизировать толщину изделия за счет уменьшения коэффициента λ (лямбда), например, для полистирола он составляет 0,032-0,045 по сравнению с 0,15-1,31 у кирпича.

Что касается строительных материалов, то при их производстве коэффициент теплопроводности не имеет столь большого значения, однако в последние годы наблюдается тенденция к производству строительных материалов с низким показателем λ (например, керамических блоков, структурных изоляционных панелей, блоков из ячеистого бетона). Такие материалы позволяют построить однослойную стену (без утеплителя) или с минимально возможной толщиной утеплительного слоя.

Важно: коэффициент теплопроводности лямбда зависит от плотности материала, поэтому при покупке, к примеру, пенополистирола, обратите внимание на вес продукта. Если вес слишком мал, значит плиты не имеют заявленной теплоизоляции. Добавим, что производитель обязан указывать заявленное значение коэффициента теплопроводности на каждой упаковке.

Какой же строительный материал самый теплый?

В настоящее время это пенополиуретан (ППУ) и его производные, а также минеральная (базальтовая, каменная) вата. Они уже зарекомендовали себя как эффективные теплоизоляторы и сегодня широко применяются в утеплении домов.

Для наглядности о том, насколько эффективны эти материалы, покажем вам следующую иллюстрацию. На ней отображено какой толщины материала достаточно, чтобы удерживать тепло в стене дома:

А как же воздух и газообразные вещества? — спросите вы. Ведь у них коэффициент Лямбда еще меньше? Это верно, Но если мы имеем дело с газами и жидкостями, помимо теплопроводности, здесь надо также учитывать и перемещение тепла внутри них — то есть конвекции (непрерывного движения воздуха, когда более теплый воздух поднимается вверх, а более холодный — опускается).

Подобное явление имеет место в пористых материалах, поэтому они имеют более высокие значения теплопроводности, чем сплошные материалы. Все дело в том, что небольшие частички газа (воздух, углекислый газ) скрываются в пустотах таких материалов. Хотя такое может случится и с другими материалами — в случае если воздушные поры в них будут слишком большими, в них может также начать происходить конвекция.

Разница между теплопроводностью и теплопередачей

Помимо коэффициента теплопроводности Лямбда существует также коэффициент теплопередачи U . Они звучат похоже, но обозначают совершенно разные вещи.

Так, если коэффициент теплопроводности является характеристикой определенного материала, то коэффициент теплопередачи U определяет степень теплоизоляции стены или перегородки. Проще говоря — коэффициент теплопроводности является исходным и напрямую влияет на значение коэффициента теплоотдачи U.

Если вам интересно получить больше информации на эту тему, а также узнать: какими материалами лучше всего утеплить ваш дом, в чем отличия между разными типами утеплителей, мы советуем прочитать эту статью.

Была ли эта статья для вас полезной? Пожалуйста, поделитесь ею в соцсетях:

Не забудьте добавить сайт Недвио в Закладки. Рассказываем о строительстве, ремонте, загородной недвижимости интересно, с пользой и понятным языком.

Теплопроводность – Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Теплопроводность , часто обозначаемая как [математика]\каппа[/математика], представляет собой свойство, которое связывает скорость потери тепла на единицу площади материала со скоростью изменения его температуры. 9{\ circ} F} \ справа) [/ математика]. ^[3] Материалы с более высокой теплопроводностью являются хорошими проводниками тепловой энергии.

Поскольку передача тепла путем теплопроводности предполагает передачу энергии без движения материала, логично, что скорость передачи тепла будет зависеть только от разницы температур между двумя точками и теплопроводности материала.

Дополнительные сведения о теплопроводности см. в разделе Гиперфизика.

Значения для общих материалов

Теплопроводность, [математика]\каппа[/математика] ^[4]

Материал	Электропроводность при 25 o C
Акрил	0,2
Воздух	0,024
Алюминий	205
Битум	0,17
Латунь	109
Цемент	1,73
Медь	401
Алмаз	1000
Войлочная изоляция	0,04
Стекло	1,05
Железо	80
Кислород	0,024
Бумага	0,05
Аэрогель кремнезема	0,02
Пылесос	0
Вода	0,58

Из таблицы справа видно, что большинство материалов, обычно ассоциируемых с хорошими проводниками, обладают высокой теплопроводностью. В основном металлы обладают очень высокой теплопроводностью, которая хорошо сравнима с тем, что известно о металлах. Кроме того, изоляционные материалы, такие как аэрогель и изоляция, используемые в домах, имеют низкую теплопроводность, что указывает на то, что они не пропускают тепло через себя. Таким образом, низкая теплопроводность указывает на хороший изоляционный материал.

Промежуточные материалы не обладают ни значительными изолирующими, ни проводящими свойствами. Цемент и стекло не проводят очень большое количество тепла и не обеспечивают очень хорошую изоляцию.

Идея о том, что теплопроводность некоторых материалов связана с тем, насколько хорошо они изолируют, обеспечивает связь между теплопроводностью и значениями R/U. Поскольку значения U и R выражают, насколько хорошо определенный материал сопротивляется потоку тепла, теплопроводность играет роль в формировании этих значений. Однако значения U и R также зависят от толщины материала, тогда как теплопроводность этого не учитывает.

Для дальнейшего чтения

• Теплопроводность
• Электропроводность
• Изоляция
• Теплоизоляция
• Электрический изолятор
• Или просмотрите случайную страницу

Ссылки

1. ↑ HyperPhysics. (12 мая 2015 г.). Теплопроводность [Онлайн]. Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/thercond.html
2. ↑ Р. Чабай, Б. Шервуд. (12 мая 2015 г.).
   Matter & Interactions , 3-е изд., Хобокен, Нью-Джерси, США: John Wiley & Sons, 2011 г.
3. ↑ Д. Грин, Р. Перри. (12 мая 2015 г.). Справочник инженеров-химиков Перри , 7-е изд., McGraw-Hill, 1997.
4. ↑ Набор инженерных инструментов. (12 мая 2015 г.). Теплопроводность обычных материалов и газов [онлайн]. Доступно: http://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429.html

Новый материал побил рекорд низкой теплопроводности – Physics World

Стратегия новых материалов обеспечивает самую низкую теплопроводность среди неорганических материалов. Предоставлено: University of Liverpool

Новый неорганический материал с самой низкой из когда-либо известных теплопроводностью может стать благом для технологий, преобразующих отработанное тепло в энергию. Материал, который проводит тепло почти так же плохо, как воздух, был разработан и синтезирован таким образом, что он сочетает в себе два различных расположения атомов, каждое из которых замедляет скорость прохождения тепла через него.

Из всей энергии, вырабатываемой в мире, ошеломляющие 70% в настоящее время расходуются на отработанное тепло. Помимо вреда для окружающей среды, отработанное тепло также вызывает перегрев электронных устройств, что снижает их эффективность и срок службы. Однако часть этого тепла можно использовать, используя материалы с низкой теплопроводностью 90–190 κ 90–191, чтобы преобразовать его в электричество.

Уменьшение переноса тепла через фононы

Теплопроводность твердого тела определяется поведением его фононов, которые представляют собой колебания его кристаллической решетки. Есть два основных способа уменьшить перенос тепла через фононы: уменьшить длину, на которую рассеиваются фононы, или уменьшить скорость, с которой они путешествуют как группа.

Длина рассеяния фононов зависит от рассеяния между самими фононами и рассеяния фононов на дефектах или границах внутри материала. Групповая скорость фононов, с другой стороны, зависит от структуры и состава материала. Исследователи ранее пытались уменьшить длину рассеяния фононов за счет инженерных дефектов в материалах и производства материалов с наноструктурами, специально разработанными для того, чтобы иметь низкое κ . Другие методы включают изменение слоев между кристаллами для изменения фононных взаимодействий на границе раздела слоев.

Синергетические комбинации

В последней работе Мэтт Россейнски, Джон Алариа и их коллеги из Ливерпульского университета, Великобритания, создали композитный материал, содержащий слои, которые избирательно нацеливаются на фононы, путешествующие вдоль и поперек объема материала. Путем сопряжения слоев BiOCl и Bi ₂ O ₂ Se с Bi ₄ O ₄ SeCl ₂ удалось подавить (соответственно) вклады продольных и поперечных фононов в общую теплопроводность материала. . Полученный композит имеет теплопроводность всего 0,1 Вт на метр Кельвина (Вт/м·К) при комнатной температуре в направлении его укладки — один из самых низких показателей среди всех сыпучих неорганических материалов и всего в четыре раза больше, чем теплопроводность воздуха.

«Отправной точкой нового исследования было понимание того, как структура материала позволит нам контролировать перенос тепла через него», — объясняют Россеинский и Аларай. Во время их продолжающегося пятилетнего исследования так называемых множественных анионных материалов им сначала нужно было разработать новую химию, которая позволила бы им синтезировать свой материал путем синергетического объединения двух разных и необычных расположений атомов. Им также необходимо было определить механизмы, ответственные за снижение теплопередачи в каждом устройстве, путем измерения и моделирования теплопроводности различных задействованных структур.

«Трудно объединить механизмы в одном материале, потому что вы должны точно контролировать, как в нем расположены атомы», — объясняют они. «Интуитивно вы ожидаете получить среднее значение физических свойств двух компонентов. Выбрав благоприятные химические границы между каждым из этих различных атомных расположений, мы экспериментально синтезировали материал, который сочетает в себе их оба».

Улучшенные материалы с низким значением κ

Важно отметить, что новый материал имеет гораздо более низкую теплопроводность при комнатной температуре, чем любой из материалов, содержащих только одну такую ​​конструкцию. Этот неожиданный результат показывает, что расположение различных атомов в структуре важно, и помогает объяснить, почему свойства целого лучше, чем свойства его составных частей.

Подробнее

Теория переноса тепла становится всеобщей

Россеинский, Алария и их коллеги теперь надеются оптимизировать электронные свойства своего материала для создания термоэлектрического элемента.