一种气凝胶多层间隔材料及制备方法

1.本发明涉及隔热材料技术领域，具体而言，涉及一种气凝胶多层间隔材料及制备方法。


背景技术：

2.化石燃料的日益枯竭让人们逐渐意识到隔热保温材料对于工业生产和生活的重要性。目前工业通常采用的隔热保温材料(包括细胞玻璃、硬质泡沫或喷雾泡沫)大致可分为两类，一种是有机隔热材料，如酚醛泡沫和聚氨酯泡沫等，适用于短期低温隔热场合；而另一种无机隔热材料如陶瓷纤维等，则更适用于温度较高隔热场合，但其保温性能随温度升高而下降。除以上两类材料外，由芯部隔热材料，气体吸附材料和隔气薄膜三部分组成的真空绝热板(vip)在冷链运输、航空航天等领域也得到了较为广泛的应用，然而它的运作环境需要维持较高的真空度。正因前述的这些传统的隔热材料存在的种种缺点，诸如航天器外表面，航天发射设施等其他类型的工作于高低温交变循环，温度冲击，强辐照辐射等严酷环境考验下的设备，亟需更为有效的隔热包覆材料。
3.多层隔热(mli)材料作为目前已知真空强辐射场合下最常用的隔热材料，其密度低，隔热性能好：在真空理想情况下的热导率最低可以达到10-5
量级，但其层密度难以控制，由环境压力或者外部载荷造成的层间接触所致热泄漏会使其隔热性能大幅下降。
4.另外，目前常用的纯被动热控制的方法和设备在一定的温度和表面辐射特性之下，所具有的排散废热的能力是有限的，不能在温度变化时动态响应太阳热量增益，而常用的机械百叶窗，可变导热热管等方法会增加热控系统的重量成本和实施难度，增加的系统设计复杂性。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种气凝胶多层间隔材料及制备方法。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
7.本发明提供一种气凝胶多层间隔材料，包括气凝胶间隔层和反射屏，所述气凝胶间隔层与所述反射屏交替设置，并且任一所述气凝胶间隔层的两侧均设有一层所述反射屏；所述气凝胶间隔层的层数为n，所述反射屏的层数为n+1，n的值大于或等于2；沿气凝胶多层间隔材料的一侧至另一侧，所述气凝胶间隔层的厚度逐渐减小。
8.本发明还可以通过以下进一步技术方案实施：
9.进一步，每层所述气凝胶间隔层的厚度为d，dmin为d的最小值，dmax为d的最大值，dmax与dmin的厚薄比为3～4：1。
10.进一步，所述气凝胶间隔层的气凝胶具各向异性的多孔结构，所述多孔结构的孔径尺度范围为1-100nm，孔隙率大于或等于90％。
11.进一步，所述气凝胶间隔层的气凝胶，沿不同方向具有不同的导热系数，并且在室温下各方向的导热系数小于或等于0.035w/(m
·
k)。
12.进一步，所述气凝胶间隔层的材质为，二氧化硅气凝胶、金属氧化物气凝胶、有机气凝胶、碳气凝胶中的一种。
13.进一步，所述金属氧化物气凝胶为括氧化锆气凝胶、氧化钛气凝胶、氧化铝气凝胶中的一种；所述有机气凝胶为聚酰亚胺气凝胶、间苯二酚-甲醛气凝胶、聚二环戊二烯气凝胶、聚异氰酸酯气凝胶、聚氨酯基气凝胶、纤维素基气凝胶中的一种；所述碳气凝胶为石墨烯气凝胶。
14.进一步，位于两侧的所述反射屏之外分别设有智能热控涂层；所述智能热控涂层包括涂覆在所述反射屏外表面的高反射率底层，以及涂覆在所述高反射率底层上的热致变色涂层；所述热致变色涂层包括交替涂覆的二氧化钒层和硅层。
15.本发明提供一种如上述气凝胶多层间隔材料的制备方法，先制备多层所述气凝胶间隔层，再将所述气凝胶间隔层与多层所述反射屏交替布置并固定。
16.进一步，所述气凝胶间隔层采用聚酰胺酸制备，包括以下步骤：
17.s1)、将聚酰胺酸依次进行电纺丝和热亚胺化，制成聚酰亚胺纳米纤维膜；
18.s2)、将所述聚酰亚胺纤维膜剪碎为小块，放入n-甲基吡咯烷酮溶液中得到悬浊液；所述聚酰亚胺纤维膜的质量与n-甲基吡咯烷酮的质量比为1:100～2:100；
19.s3)、对所述步骤s2)中的悬浊液进行第一次均质，得到聚酰亚胺纳米纤维溶液；
20.s4)、对所述聚酰亚胺纳米纤维溶液进行抽滤和烘干，得到聚酰亚胺纤维；
21.s5)、将所述聚酰亚胺纳米纤维与苯并噁嗪粉末混合，得到混合物；所述聚酰亚胺纳米纤维与苯并噁嗪粉末的质量比4：1；
22.s6)、将所述步骤s5)中的混合物溶于1,4-二氧六环溶液，得到混合溶液；所述混合物的总质量与1,4-二氧六环溶液的质量比为5:1000～8：1000；
23.s7)、对所述步骤s6)中的混合溶液进行第二次均质，得到聚酰亚胺纳米纤维分散液，再对所述聚酰亚胺纳米纤维分散液进行超声振荡；
24.s8)、将聚酰亚胺纳米纤维分散液进行定向冷冻，至完全冻结；所述定向冷冻的温度为0℃、-10℃或-50℃；
25.s9)、将完全冻结的样品放入冻干机进行冷冻真空干燥处理，得到交联的聚酰亚胺气凝胶骨架；
26.s10)、将所述交联的聚酰亚胺气凝胶骨架放入高温炉中进行升温处理，完成热交联，得到聚酰亚胺气凝胶。
27.进一步，所述步骤s10中，所述升温处理的条件为，200℃下处理30min，升温速率10℃/min。
28.本发明的有益效果在于：
29.1)本发明的气凝胶多层间隔材料，将气凝胶引入多层间隔材料，并且将气凝胶间隔层厚度设置为逐渐减小；在使用时，厚度大的一侧接近冷边界，厚度小的一侧接近热边界，以减少给定系统的热漏。
30.2)本发明的气凝胶多层间隔材料，气凝胶间隔层具有超高孔隙率，纳米级骨架孔径尺度在1-100nm之间、纳米孔隙率可达到90％以上；这种材料大幅降低固体热传导和气体热传导导致的热泄漏量，具有极佳的绝热特性，并且密度非常低，几乎接近于空气；3)本发明的气凝胶多层间隔材料，位于两侧的反射屏之外分别设有智能热控涂层，3.智能热控涂
层的太阳吸收率和发射率特性可随温度变化随之相应改变，实现气凝胶多层隔热材料最外表面自主温控，当工作温度过高时，表现为高发射率散热，温度过低时，表现为低发射率保温特性。通过控制临界温度，可以在不同温度下实现材料不同的热发射率和太阳能吸收率特性的连续性调节。
31.4)本发明的在本发明的制备方法，可以通过定向冷冻的方式调整聚酰亚胺气凝胶的内部微观结构，进一步在设定的方向上降低气凝胶间隔层的等效导热系数。
32.5)本发明的气凝胶多层间隔材料，适用的温度范围广阔，可为液态氢，液态氮，液态氧或液态甲烷等多种极端复杂环境，低温液体和低温场景下应用的提供优异的保温隔热效果。
33.6)本发明的气凝胶多层间隔材料，可耐受全天候气压暴露环境，振动和结构载荷冲击条件等多种恶劣条件的共同作用，这种保证了隔热性能的稳定性的轻质隔热材料可在航天和诸多领域广受关注，具有广阔的应用前景。
附图说明
34.图1为本发明的气凝胶多层间隔材料，实施例1中聚酰亚胺气凝胶有序排列微观结构电镜照片，尺度为500um；
35.图2为本发明的气凝胶多层间隔材料，实施例1中聚酰亚胺气凝胶有序排列微观结构电镜照片，尺度为200um；
36.图3为本发明的气凝胶多层间隔材料，实施例2中不同厚度的气凝胶间隔层的优化迭代方法流程图。
具体实施方式
37.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
38.本发明的气凝胶多层间隔材料，包括层叠设置的气凝胶间隔层和反射屏，气凝胶间隔层与反射屏交错设置，并且任一气凝胶间隔层的两侧均设有一层反射屏；气凝胶间隔层的层数为n，反射屏的层数为n+1，n的值大于或等于2；沿气凝胶多层间隔材料的一侧至另一侧，气凝胶间隔层的厚度逐渐减小。
39.本发明的气凝胶多层间隔材料，将气凝胶引入多层间隔材料，并且将气凝胶间隔层厚度设置为逐渐减小；在使用时，厚度大的一侧接近冷边界，厚度小的一侧接近热边界，以减少给定系统的热漏。
40.这样设置不同厚度的气凝胶间隔层的原因是，在实际使用中，使用环境的不同温度、不同气体压力氛围、不同种类气体成分以及不同材料组成等情况下，多层隔热材料的隔热性质也会受到影响。例如，在冷、热边界处的辐射与导热方式占比有很大差异。在低温情况下，通过多层隔热材料的固体热传导与辐射传热之比相较高温情况时更大，增加反射屏金属镀箔的数目并不能有效抑制导热漏热热流。因此，本发明的多层隔热材料为了进一步减少内外环境之间的热量泄漏，采用上述不同厚度的间隔层排列方式，气凝胶间隔层的厚度是非单一的，以保证其匹配其不同方式的传热占比。
41.在冷边界附近，固体导热热通过气凝胶材料的热泄漏量与材料厚度成反比。由于
反射屏之间的温差随着温度的下降而增大，所以在冷边界附近固体传导比在热边界附近要重要得多。因此，在冷边界附近增加间隔层材料的厚度的效果最为显著。
42.优选的，每层气凝胶间隔层的厚度为d，dmin为d的最小值，dmax为d的最大值，dmax与dmin的厚度比选择范围在3～4：1之间。进一步优选的，d值的范围以0.1mm～2mm为佳。
43.优选的，气凝胶间隔层的厚度值可以有多种，多能相邻的气凝胶间隔层的厚度可以相同。以三组厚度为例，d1-di的厚度为d1，di+1-dj的厚度d2，dj-dn的厚度为d3,，间隔层厚度关系为，d1》d2》d3,也即内层d1厚度最大为为dmax，dn为dmin。
44.本发明的气凝胶多层间隔材料，气凝胶间隔层的气凝胶具有取向性的多孔结构，其纳米级骨架孔径尺度为1-100nm，纳米孔隙率大于或等于90％，室温下的导热系数(导热率)小于或等于0.035w/(m
·
k)。
45.气凝胶的取向性的多孔结构，能够使气凝胶多层间隔材料具有各向异性，在不同方向上具有不同导热系数，进一步增强气凝胶的绝热性能。
46.本发明将超低的导热率气凝胶引入传统多层隔热(mli)材料中气凝胶作为气凝胶间隔层，有效地解决了传统多层隔热(mli)材料的层密度不稳定的问题。同时，上述气凝胶纳米级骨架尺度和纳米孔隙率使其具有轻质、极佳的绝热特性，并且密度非常低，几乎接近于空气，这种保证了气凝胶间隔层隔热性能的稳定性。
47.本发明的气凝胶多层间隔材料，大幅降低了固体热传导和气体热传导导致的热泄漏量，从而能够很好地隔绝外界高温。同时能够有效防止多层反射屏之间发生不确定的层间接触，从而增强该气凝胶多层间隔材料的机械抗压性能。
48.本发明的气凝胶间隔层材质的结构形式及其传热原理为，非真空状态下的气凝胶内的传热是由三种机制构成：通过固体骨架的热传导、存在于开孔气凝胶结构中的气相热传递和辐射传热。对于固体骨架热传导，根据debye的声子扩散模型，声子在气凝胶骨架中的平均自由程低于大多数介电粒子，因而表现出极低的骨架热导率，同时其纳米网络和高孔隙率的结构特点，极大地降低了体积密度，延长传热路径，降低了固体导热系数；对于气相热传导，气凝胶内的特征孔径达到纳米量级，材料内部气相的传热与自由气体内的传热相比，气体对流换热得到了很好的抑制效果。
49.另外，在本发明的气凝胶中，还可掺杂的遮光剂，从而改善气凝胶的光学性质，达到抑制辐射传热的效果。
50.上述实施例中，优选的，本发明的气凝胶多层隔热材料的具体的连接方式为，采用标签胶针订连方式进行连接和固定，与传统的缝纫线穿刺或各层材料之间用耐高温粘接剂粘接为一体连接方式相比，这样的连接方式能够减少穿刺孔洞，减少漏热，增强机械性能。
51.上述实施例中，优选的，位于两侧的反射屏之外分别设有智能热控涂层；智能热控涂层包括涂覆在反射屏外表面的高反射率底层，以及涂覆在高反射率底层上的热致变色涂层；热致变色涂层包括交替的二氧化钒层和硅层。
52.为了更有效的适应动态的温度变化环境，将智能热控涂层引入多层气凝胶隔热材料的最外层：智能热控涂层表现为由高反射率底层和热致变色涂层的组合。取决于特定使用应用场景所需的特性，选择不同光谱特性的底层与涂层的组合，控制进出的辐射总量，从而使得处于多层气凝胶隔热材料最外层表面具有可适于在特定温度下具有特定的热发射率和或太阳能吸收特性。
53.上述实施例中，优选的，采用交替的二氧化钒层和硅层作为热致变色涂层，其在低于转变临界温度和高于临界温度下的热量表现出不同的光谱特性。当温度低于临界温度tc时，vo2纳米颗粒处于绝缘状态，此时，该材料对太阳辐射透明。当温度大于tc时，vo2纳米颗粒转换为金属相，可见光段可以穿透材料，而近红外波段部分被阻塞，使得在高于临界温度的温度下总体发射率增高，从而增加散热量，而在低于临界温度的温度下降低发射率实现保温效果。另外，通过调整二氧化钒层和硅层的量的配比，或通过掺杂镁或钨等其他元素，可以定量的改变vo2的相变温度，达到动态热控的目的。
54.上述实施例中，优选的，高反射率底层包括但不局限于交替的氟化镁和硫化锌层的太阳能阻隔多层涂层的组合，其中一些替代材料包括bif3、caf2、ceo2、cef3、zro2、zns等高反射率材料。
55.优选的，本发明的气凝胶间隔层的材质为，二氧化硅气凝胶、金属氧化物气凝胶、有机气凝胶、碳气凝胶中的一种。具体的材质选择可依据实际的应用场景确定，上述各种气凝胶的具体特性如下：
56.二氧化硅气凝胶是由硅酯等硅源发生溶胶凝胶反应制备出的、由二氧化硅粒子构建而成的具有三维纳米多孔网络结构的无机非金属材料，大气压力下最低热导率不高于0.03w/(m
·
k)，中等真空度下热导系数可达0.004w/(m
·
k)。同时，其密度最低可达到3mg/cm3，比表面积最大可达1200m2/g、热阻值最高可以达到相同的厚度典型的墙体保温层的10倍。除此之外，还具有超低介电常数、低声波传播速率、高光学透明度(透光率最高可达90％)等特点。因此，二氧化硅气凝胶在保温隔热、航空航天、隔音降噪、催化载体、吸附清洁、生物医学等众多领域都有广泛的应用前景。
57.金属氧化物气凝胶使用温度范围广阔，以zro2和tio2为例，使用的环境温度最高可至800℃。经过特殊改性增强工艺后，使用的环境温度可上升至一千度以上摄氏度。除此之外，金属氧化物气凝胶的高温热导率稳定，以氧化铝气凝胶为例，其多孔结构是由氧化铝纳米颗粒构成的。氧化铝气凝胶不仅具有一般气凝胶的各种性质，而且还有一些其它特性，主要体现在氧化铝气凝胶的微观结构是由无定形态和多晶形态共同组成的，具有比二氧化硅气凝胶更佳的耐高温和热稳定性，氧化铝气凝胶在30℃时热导率仅为0.029mw/(m
·
k)，800℃时热导率仅为0.098w/(m
·
k)，在逼近使用温度上限时，热导率仅为0.11w/(m
·
k)，最高使用温度可达1000℃以上，可用作航空飞行器在极端环境下的隔热层。
58.常见有机气凝胶包括间苯二酚-甲醛(rf)气凝胶、聚二环戊二烯(pdcpd)气凝胶、聚异氰酸酯气凝胶、聚氨酯基气凝胶(pu),纤维素基气凝胶、聚酰亚胺(pi)气凝胶等等。与无机气凝胶相比，有机气凝胶的固体骨架本身的热导率较低；在机械性能方面，有机气凝胶表现出更好的压缩性和回弹性，耐用性更好。除此之外，酚醛气凝胶作为另一种常见的有机气凝胶，是利用苯酚类化合物与醛类化合物发生化学反应，在溶液中形成大量纳米团簇，团簇间通过其表面官能团相互交联形成凝胶，再借助超临界干燥得到的气凝胶材料，其密度一般不大于0.06g/cm3，比表面积最少达到350m2/g，孔径不大于50nm，网络胶体颗粒尺寸一般在3到20nm的范围之内，最小室温导热系数为0.012w/(m
·
k)，可用于制备吸附核聚变燃料的低温冷冻靶材料。
59.碳气凝胶可吸收辐射，在250nm至14.3μm波长范围间最低可仅反射0.3％的辐射。并且这种气凝胶经过特殊工艺处理后的最高热解温度可达到2500℃，可在极高温情况下使
用。其中，石墨烯气凝胶是由单原子层的石墨烯片以特定的结构组装而成的三维超轻多孔宏观体材料。石墨烯独特的二维结构赋予了该气凝胶材料诸多优异的性质，例如超低的密度(不大于10mg/cm3)、超高的孔隙率(孔隙率一般可以达到大于99％)、压缩超弹性、良好的的环境稳定性、优异的光热转换和电热转换能力、优异的吸波和吸声性能、良好的导电性，使其在能源存储和转化、环境和传感器等领域具有巨大的应用潜力。值得一提的是，通过特殊方法制备的石墨烯气凝胶在-269.15℃的深低温到1000℃的高温温度区间材料超弹性行为几乎不变，在-269.15℃超低温条件下，具有与室温相同的力学性能：几乎完全可逆的超弹性行为(高达90％的应变)，杨氏模量不变，泊松比接近零，循环稳定性好，有望用于外太空等深低温下的保温隔热。
60.优选的，本发明的气凝胶多层间隔材料中的反射屏可以选择，包括但不限于，聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、聚四氟乙烯、铝箔、钼箔、镀钛、钽箔、氧化铝镀层箔、不锈钢箔、镍箔、钨箔。
61.上述各反射屏的耐用温度范围如表1所示：
62.表1各反射屏的耐用温度
63.反射屏种类耐用温度范围(摄氏度)kapton(聚酰亚胺薄膜)》-269,《+400mylar(聚酯薄膜)》-60,《+150teflon(聚四氟乙烯)《327peek(聚醚醚酮)《300铝箔《660钼箔/镀钛《2930钽箔《2000氧化铝镀层箔《2054不锈钢箔《800镍箔《900钨箔《3000
64.本发明的气凝胶多层间隔材料的制备方法，先制备气凝胶间隔层，再与反射屏固定，两者的填充、固定或组合方式可采用本领域的常规方法进行，具体的固定方式还可选择前述的标签胶针订连方式。
65.气凝胶间隔层的制备方法为：先制备湿凝胶，再将湿凝胶进行定向冷冻，再将定向冷冻的湿凝胶进行冷冻干燥，得到气凝胶骨架，最后将气凝胶骨架进行程序升温处理，得到气凝胶。
66.定向冷冻是一种冷冻技术，属于冰模板法。本发明采用定向冷冻的方式制备气凝胶，可制备具有取向性多孔结构的气凝胶，实现各向异性，使气凝胶沿不同的方向具有不同的导热系数。进一步增强气凝胶的绝热性能。
67.优选的，定向冷冻的具体步骤为，将所述湿凝胶添加至盛有冷冻介质的定向冷冻设备中，并且所述湿凝胶位于冷冻介质的一侧。
68.定向冷冻的温度低于1,4-二氧六环溶液凝固点的温度。此温度为实验自行设定温度，可选的温度值为0℃、-10℃、-50℃等。此温度会影响定向冷冻结果，如温度越低，材料孔
隙越小。
69.本发明的制备方法中，湿凝胶一般由溶胶-凝胶法制备而得，由溶胶生成具有一定空间结构的凝胶后，对制备出来的凝胶进一步进行干燥处理，即可得到气凝胶。由于表面张力的作用，通常状态下，凝胶内液体的挥发会使得凝胶脆弱的骨架坍塌。但通过干燥可以使得凝胶内的液体转变为固体后再脱离凝胶骨架，有效避免了液体挥发造成骨架坍塌的问题，得到最终呈现开放式纳米孔隙结构网络构型的气凝胶结构。
70.以下通过实施例对本发明的技术方案进行举例说明。
71.实施例1聚酰亚胺气凝胶的制备
72.本实施例以酰亚胺气凝胶的具体制备过程为例，以说明本发明的气凝胶多层隔热材料的制备方法。
73.本实施例的具体制备步骤为：
74.s1)、将聚酰胺酸依次进行电纺丝和热亚胺化，制成聚酰亚胺纳米纤维膜。
75.优选的，聚酰亚胺纳米纤维膜中，纤维的直径为200nm。
76.s2)、将聚酰亚胺纤维膜剪碎为小块，放入n-甲基吡咯烷酮溶液中得到悬浊液，聚酰亚胺纤维膜的质量与n-甲基吡咯烷酮的质量比为1:100～2:100。
77.优选的，聚酰亚胺纤维碎片的质量为5g，n-甲基吡咯烷酮的质量为500g。
78.s3)、使用均质机对步骤s2)中的悬浊液物进行剪切和第一次均质，得到聚酰亚胺纳米纤维溶液；均质时长为20min。
79.s4)、对聚酰亚胺纳米纤维溶液进行抽滤和烘干，得到聚酰亚胺纤维。
80.s5)、将聚酰亚胺纳米纤维与苯并噁嗪粉末混合，得到混合物，聚酰亚胺纳米纤维与苯并噁嗪粉末的质量比4：1。
81.s6)、将步骤s5)中的混合物溶于1,4-二氧六环溶液，得到混合溶液，步骤s5)中的混合物的总质量与1,4-二氧六环溶液的质量比为5:1000～8：1000。
82.s7)、对所述步骤s6)中的混合溶液进行第二次均质，均质时长为10min，得到聚酰亚胺纳米纤维分散液，再对所述聚酰亚胺纳米纤维分散液进行超声振荡，时间为30min，得到聚酰亚胺纳米纤维。
83.s8)、将聚酰亚胺纳米纤维分散液转入定向冷冻模具中，并将定向冷冻模具放入定向冷冻设备中进行定向冷冻。本实施例中，定向冷冻的温度为-10℃。
84.在本实施例中，定向冷冻设备中的冷源液体位于冷冻模具下侧。冷源在聚酰亚胺纳米纤维分散液的下侧对其进行定向冷冻，使聚酰亚胺纳米纤维分散液由下向上形成取向性的孔径，从而实现不同方向上具有不同导热系数，最低可至0.014mw/(m
·
k)。
85.s9)、将完全冻结的样品放入冻干机进行冷冻真空干燥，至少处理24h，得到交联的聚酰亚胺气凝胶骨架。
86.s10)、将上述气凝胶骨架放入高温炉中，在200℃下处理30min，升温速率10℃/min，完成热交联，得到聚酰亚胺气凝胶。
87.s11)、将上述气凝胶骨架放入高温炉中进行程序升温处理，具体为，在200℃下处理30min，升温速率10℃/min，完成热交联，得到聚酰亚胺气凝胶。
88.本实施例的聚酰亚胺气凝胶，采用多元酐与多元胺单体发生缩合反应制得，具有良好的柔性力学性能，同时具有低热导率、轻质、高弹、耐(交变)温性好，使用温度范围在正
负三百度之间、耐辐照。
89.如图1和2所示，本实施例的聚酰亚胺气凝胶有序排列微观结构。
90.作为一种优质隔热材料，其高弹特性可应用于包覆任意几何拓扑的载荷结构表面，但聚酰亚胺气凝胶作为一种有机气凝胶，有氧环境下容易发生结构破坏，导致隔热性能失效，一般最高耐受温度不超过400℃。
91.经过测试，本实施例的聚酰亚胺气凝胶，在定向冷冻方向上实现了22.4mw/(m.k)的热导率系数，在垂直于定向冷冻方向上热导率为25.2mw/(m.k)。
92.实施例2
93.本实施例采用实施例1制备的聚酰亚胺气凝胶作为气凝胶间隔层的材料，得到具体层数和厚度气凝胶多层间隔材料。并且本实施例对室温情况下(298k)，该气凝胶多层间隔材料对盛有低温液体的容器进行了厚度与隔热效果的优化。
94.具体而言，本实施例的气凝胶间隔层的层数为15，反射屏的层数为16。气凝胶多层隔热材料的总层数设定为15层。由接近低温储存容器的冷边界向远离低温储存容器的热边界方向，各气凝胶间隔层的厚度依次表示为d1、d2、d3
……
d15，共有三种不同的层厚度间隔层可供选择，d1-di的厚度为d1，di+1-dj的厚度d2，dj-d15的厚度为d3,共计三组，间隔层厚度关系为，d1》d2》d3,也即内层d1厚度最大为为dmax，d15为dmin。
95.对于隔热材料而言，与低温容器或装置的距离对其隔热效果具有重要影响。在本实施例中，低温储存容器中的低温液体为温度4k的液氮或者是温度为20k的液氢。
96.对于第1～3组间隔厚度不同的反射屏与气凝胶组成的单元，可以列举相应的能量平衡方程：
[0097][0098][0099][0100]qtotal
代表总热流，可以看出流过每一个单元的热流值由热辐射部分与热传导部分共同组成，并且根据傅里叶传热定律：
[0101][0102]
δχ代表材料厚度，可知，对于热传导热流值:因此，每层气凝胶间隔层的厚度d会影响热传导部分的热流大小，从而影响整体导热系数。
[0103]
如图3所示，在优化过程中，通过不同气凝胶间隔层厚度的迭代，以减少给定系统的热漏，直到满足给定环境的漏热限定值。
[0104]
需要说明的是，虽然可以将每一层间隔层的厚度设置为可以改变的，并且经过一定次数的迭代过程，可以获得最优异的热性能，但考虑到实际情况下气凝胶间隔层的制备，简化流程，在本实施例中，如上所述，考虑实际应用适应性，采用了三种不同厚度的间隔层材料。
[0105]
经过上述优化，本实施例的d1、d2、d3的值分别为1.25mm(d1-d5)，0.83mm(d6-d10)，0.625mm(d11-d15)。
[0106]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示
例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0107]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0108]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。