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(一) 纳米孔超级绝热材料的研究
纳米孔超级绝热材料的绝热原理是基于热流在多孔材料中传导的三种基本方式，即对流传热、辐射传热和导热。
对于绝热材料而言，热传递主要由固体材料的热传导、气体分子的热传导、气体分子的对流传热、以及红外辐射传热等四个部分构成。因此要实现超级绝热材料所要求达到的保温隔热目的，一是要使材料在保证足够的机械强度的同时，其体积密度要极端的小;二是要将气体分子的相互碰撞和对流的能力减弱到极限;三是要通过近于无穷多的界面和对材料进行改性使热辐射经反射、散射和吸收而降到最低。许多研究结果表明，当材料中的气孔直径小于50nm时，气孔内的空气分子失去了自由流动的能力，只能直接与气孔壁发生弹性碰撞而保留自身的速度与能量，这时材料处于近似真空状态，即产生“零对流效应”;由于材料内的气孔均为纳米级气孔，再加上材料本身极低的体积密度，使材料内部气孔壁数目趋于“无穷多”，对于每一个气孔壁来说都具有遮热板的作用，因而产生近于“无穷多遮热板”的效应，从而使辐射传热下降到近乎最低极限;由于近于无穷多纳米孔的存在，热流在固体中传递时就只能沿着气孔壁传递，近于无穷多的气孔壁构成了近于“无穷长路径”效应，使得固体热传导的能力下降到接近最低极限。基于以上特性，再加上在热辐射吸收方面对材料进行进一步改性，可以使材料不论是在高温和常温均有低于静止空气的导热系数。
目前的超级绝热材料主要有真空绝热材料和纳米孔绝热材料两种。气凝胶(aerogel)就是一种性能优异的纳米孔绝热材料。气凝胶是一种新型的轻质纳米多孔非晶质固态材料。气凝胶孔洞率高达80-99.8%，孔洞的典型尺寸为1-100nm，比表面积高达200-1000m2·g-1，而密度变化范围可达3-500kg·m-3。气凝胶所具有的特殊性质使得它在力学、声学、热学、光学等特性方面都明显不同于相应的玻璃态材料，因而不仅在基础研究中受到重视，而且在许多领域具有非凡的应用前景。特别在热学性质方面，气凝胶具有优异的隔热性能。气凝胶的热传导由气态传导、固态传导、辐射传导组成，由于气凝胶的纳米多孔结构，常压下材料孔隙内的气体对热导的贡献一般小于0.01 W·m-1·K-1。对于抽真空的气凝胶，热传输主要通过固态传导和辐射传导，低密度的气凝胶有效地限制了局域激发的传播，气凝胶的固态热导率比相应玻璃态材料低2-3个数量级。气凝胶的热辐射传输主要由红外吸收决定，这种材料对低温物体(T≈200K)的贯穿辐射主要集中在3-5μm区域。如果在气凝胶中加入遮光剂(如碳黑等)，则此时红外湮灭系数将明显增加，尤其是在波长为2μm-8μm范围，室温常压下这种粉末气凝胶的总热导率≤0.020 W·m-1·K-1，块状气凝胶的总热导<0.014 W·m-1·K-1。如果抽真空，则粉末、块状气凝胶的热导将分别降至 0.004 W·m-1·K-1和0.007 W·m-1·K-1。块状、颗粒状或粉末气凝胶一个很有前途的应用是替代目前常用的由氟里昂发制的聚氨脂泡沫作为绝热材料。另外，无机气凝胶能耐高温，一般在800℃情况下结构、性能无明显变化，有些甚至能耐2000℃高温(如Al2O3气凝胶等)。因此，在作为高温隔热材料方面具有无与伦比的优越性。然而SiO2气凝胶存在大量的纳米级孔结构使之强度不高、韧性差等缺点，难以单独制成块状纳米孔超级绝热材料。
硬硅钙石是所有水化硅酸钙矿物中结晶水含量最低、耐温性最好的一种矿物。硬硅钙石一般呈针状或纤维状。随着原料和反应条件的不同，纤维的直径可以从几个μm到小于100nm。硬硅钙石型硅酸钙制品就是由这些纤维互相交生、连生、缠绕形成的具有空心球状结构的中空二次粒子紧密堆积而成的，二次粒子的直径一般为十几到几十个μm。这种特殊的材料结构使得硬硅钙石型硅酸钙制品不仅具有密度小、强度高、导热系数低和化学稳定性好等特性，而且具有吸音、防火等功能和良好的环境友好性。与普通耐火纤维制品相比，硬硅钙石型硅酸钙制品有着与之相同的使用温度范围，而保温性能却毫不逊色，在800℃以上条件下，硬硅钙石型制品比相同厚度的硅酸铝耐火纤维制品节能20-30%。但是，硬硅钙石型硅酸钙制品中的二次粒子内部及其紧密堆积形成的孔隙基本上是微米级的，如果设法使这些孔隙减小到纳米级(小于50nm)，就会产生“零对流”、“无穷多遮热板”、“无穷长路径”等纳米效应，使材料热传递的能力下降到接近最低极限，在材料厚度大幅度减小的前提下，隔热效率大为提高。
基于此，可以考虑将SiO2气凝胶作为纳米孔载体，填充于硬硅钙石型硅酸钙材料中的微米级孔隙，与硬硅钙石纤维及其二次粒子复合形成连续固相，使微米级孔隙转换成纳米级孔隙，制成块体状硅酸钙-SiO2气凝胶复合纳米孔超级绝热材料，保证材料既具有足够的强度和耐温性又具有低于“无对流空气”的导热系数，实现超级绝热的目的。
(未完待续)
