CN1172106C - 热反射层-多孔金属氧化物膜绝热复合材料和含其的绝热元件 - Google Patents

热反射层-多孔金属氧化物膜绝热复合材料和含其的绝热元件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种绝热复合材料，包括(a)具有反射面和对立面的第一热反射层，(b)具有反射面和对立面的第二热反射层，以及(c)厚度小于等于20微米的多孔金属氧化物膜，该膜定位于第一和第二热反射层之间，致使第一和第二热反射层之间基本上没有直接的物理接触(热桥)。本发明还包括一种绝热元件，其中所述的绝热复合材料置于不透气的容器内。

Description

热反射层-多孔金属氧化物膜绝热复合材料和含其的绝热元件
                         发明领域
本发明涉及一种绝热复合材料，更具体地涉及一种多层的绝热材料。
                         发明背景
普通型的绝热是多层绝热，这特别适用于低温的应用。多层绝热通常是由铝箔或铝化聚酯(例如Mylar)膜等高反射材料的交替层和玻璃纤维垫或纸、玻璃纤维或尼龙网等低传导性的隔离物或绝缘体组成的。在低温应用中，例如在实验室的杜瓦瓶(dewars)、管道、现场贮存容器以及运输容器(如作为罐车的一部分)中，常常使用20至40层的这类层。另外，多层绝热保持在高真空下，从而进一步加强了多层绝热的绝热性能。多层绝热的传热非常低，因为所有的传热方式—传导、对流和辐射—均已最小化的事实。多层的反射材料具有低的热辐射系数，因此抑制了辐射型传热。通过降低绝热层之间的压力(即造成真空)抑制了对流型传热。最后，隔离物的存在抑制了热短路(物理接触)所致的传导型传热，否则这种传热就可能存在于反射材料层之间。
尽管常规的多层绝热复合材料在很多应用中具有令人满意的性能，但是仍需要改进多层绝热复合材料。本发明寻求提供这样的多层绝热复合材料，特别是提供满意的虽不是高级的热性能、优选具有降低了的全部质量和/或厚度的多层绝热复合材料。基于这里提供的发明说明书，本发明的这些与其它目的和优点，以及附加的发明特征将是显而易见的。
                         发明概述
本发明为一种绝热的复合材料，包括(a)具有反射面和对立面的第一热反射层，(b)具有反射面和对立面的第二热反射层，以及(c)厚度小于等于20微米的多孔金属氧化物膜，该膜定位于第一和第二热反射层之间，致使第一和第二热反射层之间基本上没有直接的物理接触(热桥)。本发明还包括一种绝热元件，其中所述的绝热复合材料置于不透气的容器内。
                     优选实施方案详述
本发明提供一种具有至少两层热反射层其间放置了多孔金属氧化物膜的绝热复合材料。
任何能够有效地抑制辐射型传热的材料均可用作热反射层。通常，这种材料具有反射(如抛光的)表面。热反射材料的优选特征在于具有低的热辐射系数。同时，热反射材料通常为片状或条状的。于是，热反射材料一般具有一个反射面和一个对立面。例如，适宜的热反射材料包括铝箔。其它适宜的热反射材料包括铝沉积于其一面或两面的聚合物(如聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺或聚烯烃)的基材。这种热反射层可以以铝化的聚酯(如Mylar)膜从商业上买到。在某些应用中，其它具有低热辐射系数的热反射材料如金或银可以代替铝沉积到前述的基材上。热反射层可以具有任何适宜的厚度，优选约10～100微米。
热反射层可以相同或相异。特别地，每一热反射层可以由相同或相异的材料，并以与其它热反射层相同或不同的方式来构成。在优选的实施方案中，所有的热反射层(如第一和第二热反射层)均为铝箔，其至少一侧进行了抛光。
本发明的绝热复合材料可以进一步地包括额外的热反射层，例如第三、第四、第五热反射层等。本文所讨论的“第一”和“第二”热反射层与这些额外的(如“第三”、“第四”、“第五”等)热反射层是等同使用的。因此，本发明的绝热复合材料可以包括连续层的具有反射面和对立面的热反射材料，致使多孔的金属氧化物膜分隔热反射材料层。因为辐射传热反比于热反射层的数目并且正比于这些热反射层的热辐射系数，所以可以使用多层的低热辐射系数的热反射材料来降低辐射型传热。
任何适宜的多孔金属氧化物膜(即多孔的连续片或金属氧化物扩展)均可用于本发明的绝热复合材料，只要确保第一和第二热反射层之间、优选任何热反射层之间基本上没有直接的物理接触(热桥)，并且最好确保第一和第二热反射层之间、实际上是任何热反射层之间根本没有直接的物理接触(热桥)。最优选多孔金属氧化物膜与第一和第二热反射层中至少一层是基本上共同延伸的或完全共同延伸的，在某些实施方案中，多孔金属氧化物膜与第一和第二(甚至全部的)热反射层是基本上共同延伸的或完全共同延伸的。
多孔的金属氧化物膜可以包括任何适宜类型的金属氧化物，如二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、二氧化铈和氧化镁等。优选的金属氧化物为二氧化硅，如热解法(或火成的)二氧化硅、沉淀的二氧化硅、二氧化硅气凝胶和二氧化硅干凝胶，特别优选热解法二氧化硅。金属氧化物可以是分立的单一颗粒，其可以处于凝聚或非凝聚状态。
多孔金属氧化物膜可以具有任何适宜的密度，通常约2克/立方厘米或更低(如约0.1～1.5克/立方厘米)，优选约1克/立方厘米或更低(如约0.1～0.8克/立方厘米)，并且最优选约0.7克/立方厘米或更低(如约0.1～0.5克/立方厘米)。优选多孔金属氧化物膜具有尽可能低的密度，因为较低的密度一般会提高本发明绝热复合材料的热性能。
多孔金属氧化物膜的厚度为约20微米或更低，优选为约10微米或更低。多孔金属氧化物膜的厚度更优选为约5微米或更低，最优选1微米或更低，尽管通常至少约200纳米(如约200纳米至约1微米)。优选多孔金属氧化物膜尽可能地薄，因为较薄的膜层一般会提高本发明绝热复合材料的热性能。本发明的绝热复合材料的热反射层之间的最小间隔是多孔金属氧化物膜的厚度的函数(尽管由于很多热反射层不符合完全平行间隔的本质，但是各层之间的间隔变化通常是多孔金属氧化物膜厚度的很多倍，如高达约500微米)。
多孔金属氧化物膜一般不是自支撑的，并且优选通过任何适宜的方法粘附于至少一层热反射层的一侧或两侧。作为选择，多孔金属氧化物膜可以粘附于一种支撑基材上，如非热反射层的薄膜(如厚度约1～10微米的聚合物基材，如聚酯膜)，以便于在热反射层之间的处理和安装。在这种实施方案中，多孔金属氧化物膜与支撑基材的总厚度，优选不超过上述单独的多孔金属氧化物膜的厚度值。
在本发明的一个实施方案中，绝热复合材料包括具有反射面和对立面的第一和第二热反射层，以及定位于其间并粘附于第一热反射层的对立面上的多孔金属氧化物膜。在另一实施方案中，第一热反射层的对立面面向第二热反射层的反射面。在又一实施方案中，多孔金属氧化物膜粘附于第二热反射层的反射面上。特别优选的实施方案包括前述实施方案的全部特征。
多孔金属氧化物膜可以通过任何适宜的方法制备和/或粘附在热反射层的表面上。优选多孔金属氧化物膜沉积(如使用静电方法或涂敷分散液的方法)或就地制备在热反射层上。多孔金属氧化物膜可以以干燥的金属氧化物或分散液的形式引入，例如将金属氧化物如二氧化硅在适宜载体如水和/或醇中的分散液，通过喷洒或涂刷而沉积于基材优选热反射层上，然后蒸发载体，从而形成多孔的金属氧化物膜。为了确保形成满意的金属氧化物膜，可以在沉积到基材上之前向金属氧化物分散液中加入适宜的表面活性剂。金属氧化物分散液还可以包含控制金属氧化物分散液pH的添加剂，因为pH可以影响金属氧化物颗粒之间的粘附性，以及所得到的多孔金属氧化物膜的密度。较厚的多孔金属氧化物膜可以通过在已形成的多孔金属氧化物膜上额外沉积金属氧化物分散液来形成，并且再重复这种形成过程任意次，如2、3、4或更多次，直到所需的多孔金属氧化物膜的厚度达到为止。
用以形成多孔金属氧化物膜的金属氧化物，可以具有任何适宜的物理特征。金属氧化物可以是分立的单个颗粒，其可以处于凝聚或非凝聚状态。金属氧化物可以具有任何适宜的分立的单个颗粒直径，通常约5纳米或更高，优选约5～20纳米。同样，金属氧化物可以具有任何适宜的凝聚颗粒直径，通常约500纳米或更低。金属氧化物可以具有任何适宜的表面积，通常约50平方米/克或更高，优选约100平方米/克或更高，更优选约200平方米/克或更高，甚至约300平方米/克或更高。该表面积是根据Brunauer-Emmett-Teller(BET)模型，基于0.05至0.25范围内的五个不同相对压力下所吸收的氮气量来计算的，参考Gregg，S.J.和Sing，K.S.W.，“Adsorption，Surface Area and Porosity”，p.285，Academic Press，New York(1991)。
可以使用适宜的粘合剂来共同制备多孔金属氧化物膜，尽管其使用不是优选的。但是如果使用粘合剂，则优选无机粘合剂，特别是硅酸纳。粘合剂可以多种方式使用。例如，粘合剂可以施用于热反射层表面的一面(优选其反射面的对立面)，然后将金属氧化物的分散液沉积到该粘合剂上。作为选择，可以将粘合剂混合于金属氧化物分散液中，然后将该混合物沉积在热反射层的表面上。
本发明的绝热复合材料中可以加入其它添加剂。例如，可以使用氢气和水吸气剂。由于与多孔金属氧化物膜一起，这些额外的组分可以松散地存在于一个或多个热反射层之间的绝热复合材料中，或者粘附于一个或多个热反射层上。一种将这些添加剂引入本发明的绝热复合材料的适宜方法是将这些添加剂与金属氧化物分散液进行混合，然后将其施用于一个或多个热反射层的表面。
为了使本发明的绝热复合材料容易装卸，特别是使用很多层时容易装卸，和/或对本发明的绝热复合材料提供一种保护性措施，可以与本发明的绝热复合材料一起使用外层或保护层。这种外层或保护层是任选的。
本发明的绝热复合材料可用于任何物品的绝热。本发明的绝热复合材料可以直接施用于需要绝热的表面。例如，绝热复合材料可以直接放在杜瓦瓶、管道、贮存容器和运输容器(如罐车的罐)的外表面上。在表面上可以使用多片或多条的热反射层，以得到多层的本发明的绝热复合材料。作为选择，本发明的绝热复合材料的片或条可以缠绕在要绝热的表面上，如缠绕在管道或罐上。可以使用分立的单个片或条来缠绕表面，也可以使用一个连续的片或条来盘绕表面，例如使绝热复合材料具有螺旋状的形状。
依据具体的应用，热反射层的反射面可以面向或背离要绝热的表面。在具有一个以上热反射层的绝热复合材料中，所有的反射面优选面向相同的方向。在期望保持表面比周围环境更冷的应用(如低温应用)中，反射面优选背离较冷的表面。这种结构最大程度减小从较温暖的环境到较冷的表面的辐射型传热。作为选择。在期望保持表面比周围环境更温暖的应用(如热流体的工艺管道)中，反射面优选面向较温暖的表面。这种结构最大程度减小从较温暖的表面到较冷的环境的辐射型传热。
本发明的绝热复合材料可以放置在容器内以形成绝热元件。该容器可以是任何适宜的容器，例如用聚合材料制备的容器。在某些实施方案中，优选该容器为不透气的容器。包含绝热复合材料的绝热元件可以按与绝热复合材料本身相同的方式使用，例如施用于需要绝热的物品如贮存容器的外表面。该容器还可以具有适宜的尺寸，以包含绝热复合材料和需要绝热的物品本身，如贮存容器。
使用不透气的容器使得放置于其中的绝热复合材料经受比大气压低的压力，这导致传导型传热的降低。通过在不透气的容器内建立真空，可获得较低的压力，这可以用常规的真空设备来完成。不透气的容器内的压力优选为约10-1千帕(1托)或更低，更优选为约10-2千帕(10-1托)或更低，最优选为约10-4千帕(10-3托)或更低。最佳地，不透气的容器内的压力甚至更低，如约10-6千帕(10-5托)或更低，甚至约10-8千帕(10-7托)或更低。
本发明的绝热复合材料和绝热元件适于用作温度范围很宽应用范围很广的绝热体。例如，本发明的绝热复合材料可以用于低温应用，如实验室的杜瓦瓶、工艺管道、贮存容器和运输容器。另外，如US 5143770所公开的，本文所公开的绝热复合材料可应用于超导磁体的应用中。除了低温应用之外，本发明的绝热复合材料和绝热元件还可以应用于温度极高的应用中，如宇航飞行器、消防服和工业工具。
下面的实施例将进一步地解释本发明，但是不应将其理解成是以任何方式对本发明的范围的限制。
                        实施例1
本实施例阐述了利用各种金属氧化物组合物在热反射层上制备多孔的金属氧化物膜。
制备几种高表面积(380平方米/克)的二氧化硅颗粒溶胶，即在搅拌下使100毫升Cab-O-SperseLT-121二氧化硅(20％固含量，Cabot Corporation，Cab-O-Sil Division，Tuscola，IL)与100毫升去离子水单独混合(溶胶A)，或者再与10.5毫升的1-丙醇混合(溶胶B)，或者再与10.5毫升的1-丁醇混合(溶胶C)，或者再与1毫升10％重量的Fluorad FC170C表面活性剂(3M IndustrialChemical Products Division，St.Paul，MN)溶液混合(溶胶D)，以及再与0.1毫升10％重量的Fluorad FC170C表面活性剂溶液混合(溶胶E)。所得到的溶胶具有约10～11％的固含量。
将每种溶胶沉积在两个或三个10厘米(4英寸)宽、61厘米(24英寸)长的条带上，该条带为厚度6.25微米具有抛光的反射面和无光泽的对立面(反射性较低)的铝箔热反射层。每种溶胶还沉积在单独的10厘米(4英寸)的空白硅薄片上，以用椭圆法确定折射指数特征。通过刷上溶胶涂层进行溶胶的沉积，使用10厘米(4英寸)宽的海绵刷，用溶胶润湿，以约25厘米/分钟(10英寸/分钟)的速度在热反射层的无光泽面和硅薄片上单向涂刷。
待沉积到热反射层和硅薄片上之后，使溶胶在环境条件下干燥，以形成多孔金属氧化物膜于每个热反射层(即用每种溶胶形成两个或三个涂敷的条带)和硅薄片(对于溶胶的每一种)上。第二和第三条带(对于每种溶胶)具有沉积于一次涂层上的二次涂层，并再使其干燥，以在热反射层上形成较厚的多孔金属氧化物膜。对第三条带(仅使用了溶胶A)进行三次涂敷，并使其干燥以在热反射层上，以形成更厚的多孔金属氧化物膜。对于每种溶胶，在二次和三次涂层的干燥期间，分别观察到第二和第三条带上多孔金属氧化物膜的一些小面积的裂纹和脱层。
将包含其上具有多孔金属氧化物膜的热反射层的每一条带切割成10厘米(4英寸)的正方形，将每一条带的这些正方形中的两个连同未涂敷的正方形(即其上没有多孔金属氧化物膜的热反射层)一起称重。对于每种涂敷的条带(即每种具有1、2或3次金属氧化物涂层的热反射层)，下面的表1列出了来自多孔金属氧化物膜的平均重量增量。
用椭圆法分析每一硅薄片上的多孔金属氧化物膜，以确定其折射指数。发现平均折射指数为1.107(溶胶A)，1.125(溶胶B)，1.093(溶胶C)，1.125(溶胶D)，以及1.121(溶胶E)，其对应的多孔二氧化硅层的密度分别为0.52，0.60，0.45，0.60，以及0.58克/立方厘米。该密度用来计算不同溶胶的每种涂敷条带的多孔金属氧化物膜的厚度，这些厚度列于下面的表1中。
                         表1
溶胶  涂层数  平均重量(克)    密度(克/立方厘米)    厚度(微米)
 A      1      0.0041              0.52              0.76
 A      2      0.0109              0.52              2.03
 A      3      0.0188              0.52              3.50
 B      1      0.0042              0.60              0.68
 B      2      0.0099              0.60              1.60
 C      1      0.0075              0.45              1.61
 C      2      0.0113              0.45              2.43
 D      1      0.0065              0.60              1.05
 D      2      0.0172              0.60              2.78
 E      1      0.0050              0.58              0.84
 E      2      0.0084              0.58              1.40
表1中的数据证实，多孔金属氧化物膜可以应用于热反射层。另外，热反射层上的多孔金属氧化物膜的厚度可以得到有效的控制。
                        实施例2
本实施例阐述了用高表面积的金属氧化物颗粒溶胶在热反射层上制备多孔的金属氧化物膜。
通过在搅拌下使100毫升Cab-O-SperseLT-121二氧化硅(20％固含量，Cabot Corporation，Cab-O-Sil Division，Tuscola，IL)与120毫升去离子水混合来制备高表面积(380平方米/克)的二氧化硅颗粒溶胶。所得到的溶胶具有约8.6％的固含量。
将该溶胶沉积在两个10厘米(4英寸)宽、61厘米(24英寸)长的条带上，该条带为厚度6.25微米具有抛光的反射面和无光泽的对立面(反射性较低)的铝箔热反射层。该溶胶还沉积在单独的10厘米(4英寸)的空白硅薄片上，以用椭圆法确定折射指数特征。通过刷上溶胶涂层进行溶胶的沉积，使用10厘米(4英寸)宽的海绵刷，用溶胶润湿，以约25厘米/分钟(10英寸/分钟)的速度在热反射层的无光泽面和硅薄片上单向涂刷。
待沉积到热反射层和硅薄片上之后，使溶胶在环境条件下干燥，以形成多孔金属氧化物膜于每个热反射层(即用每种溶胶形成两个涂敷的条带)和硅薄片上。第二条带具有沉积于一次涂层上的二次涂层，并再使其干燥，以在热反射层上形成较厚的多孔金属氧化物膜。
将包含其上具有多孔金属氧化物膜的热反射层的每一条带切割成10厘米(4英寸)的正方形，并将每一条带的这些正方形中的两个连同未涂敷的正方形(即其上没有多孔金属氧化物膜的热反射层)一起称重。对于每种涂敷的条带(即每种具有1或2次金属氧化物涂层的热反射层)，下面的表2列出了来自多孔金属氧化物膜的平均重量增量。
用椭圆法分析硅薄片上的多孔金属氧化物膜，以确定其折射指数。发现平均折射指数为1.115，其对应的多孔二氧化硅层的密度为0.55克/立方厘米。该密度用来计算每种涂敷条带的多孔金属氧化物膜的厚度，这些厚度列于下面的表2中。
                         表2
涂层数    平均重量(克)    密度(克/立方厘米)    厚度(微米)
  1         0.0038            0.55               0.67
  2         0.0082            0.55               1.44
表2中的数据证实，可以使用高表面积的金属氧化物颗粒溶胶将多孔金属氧化物膜应用于热反射层上。另外，热反射层上的多孔金属氧化物膜的厚度可以得到有效的控制。
                        实施例3
本实施例阐述了用高表面积的金属氧化物球在热反射层上制备多孔的金属氧化物膜。
重复与实施例2相同的方法，只是实施例2的二氧化硅颗粒溶胶被75纳米的二氧化硅球胶体分散液所代替，该分散液具有40％的标称固含量，商品名为Nalco 2329(Nalco，Naperville，IL)。
将两个热反射层和硅薄片按实施例2那样处理。用椭圆法分析硅薄片上的多孔金属氧化物膜，以确定其折射指数。发现平均折射指数为1.256，其对应的多孔二氧化硅层的密度为1.22克/立方厘米。该密度用来计算每种涂敷条带的多孔金属氧化物膜的厚度，这些厚度列于下面的表3中。
                         表3
涂层数    平均重量(克)    密度(克/立方厘米)    厚度(微米)
  1          0.0117           1.22               1.13
  2          0.0275           1.22               2.66
表3中的数据证实，可以使用金属氧化物球将多孔金属氧化物膜应用于热反射层上。另外，热反射层上的多孔金属氧化物膜的厚度可以得到有效的控制。
                        实施例4
本实施例阐述了用低表面积的金属氧化物颗粒溶胶在热反射层上制备多孔的金属氧化物膜。
重复与实施例2相同的方法，只是二氧化硅颗粒溶胶是由83.64毫升Cab-O-SperseSC-1二氧化硅(90平方米/克的表面积)(30％固含量，CabotCorporation，Cab-O-Sil Division，Tuscola，IL)与50毫升去离子水制备的，该去离子水的pH已用氢氧化钠调整到10.5，得到的固含量约为20％。
将两个热反射层和硅薄片按实施例2那样处理。用椭圆法分析硅薄片上的多孔金属氧化物膜，以确定其折射指数。发现平均折射指数为1.117，其对应的多孔二氧化硅层的密度为0.56克/立方厘米。该密度用来计算每种涂敷条带的多孔金属氧化物膜的厚度，这些厚度列于下面的表4中。
                         表4
涂层数    平均重量(克)    密度(克/立方厘米)    厚度(微米)
  1         0.0206             0.56              3.56
  2         0.0405             0.56              7.01
表4中的数据证实，可以使用低表面积的金属氧化物颗粒溶胶将多孔金属氧化物膜应用于热反射层上。另外，热反射层上的多孔金属氧化物膜的厚度可以得到有效的控制。
                        实施例5
本实施例阐述了用低表面积的金属氧化物颗粒溶胶在热反射层上制备多孔的金属氧化物膜。
重复与实施例2相同的方法，只是二氧化硅颗粒溶胶是由83.64毫升Cab-O-sperseSC-1二氧化硅(90平方米/克的表面积)(30％固含量，CabotCorporation，Cab-O-Sil Division，Tuscola，IL)与100毫升去离子水制备的，该去离子水的pH已用氢氧化钠调整到10.5，得到的固含量约为15％。
将两个热反射层和硅薄片按实施例2那样处理。用椭圆法分析硅薄片上的多孔金属氧化物膜，以确定其折射指数。发现平均折射指数为1.117，其对应的多孔二氧化硅层的密度为0.56克/立方厘米。该密度用来计算每种涂敷条带的多孔金属氧化物膜的厚度，这些厚度列于下面的表5中
                          表5
涂层数    平均重量(克)    密度(克/立方厘米)    厚度(微米)
  1          0.0123            0.56               2.13
  2          0.0178            0.56               3.08
表5中的数据证实，可以使用低表面积的金属氧化物颗粒溶胶将多孔金属氧化物膜应用于热反射层上。另外，热反射层上的多孔金属氧化物膜的厚度可以得到有效的控制。
                         实施例6
本实施例阐述了聚合物表面上的多孔金属氧化物膜的制备。
重复与实施例2相同的方法，只是使用实施例5的二氧化硅颗粒溶胶连同25.4微米厚的聚酯(Mylar)薄膜，而不是6.25微米厚的铝箔。
将两个这种聚酯层和硅薄片按实施例2那样处理。用椭圆法分析硅薄片上的多孔金属氧化物膜，以确定其折射指数。发现平均折射指数为1.117，其对应的多孔二氧化硅层的密度为0.56克/立方厘米。该密度用来计算每种涂敷条带的多孔金属氧化物膜的厚度，这些厚度列于下面的表6中
                          表6
涂层数    平均重量(克)    密度(克/立方厘米)    厚度(微米)
  1                0.0143         0.56           2.47
  2                0.0290         0.56           5.02
表6中的数据证实，多孔的金属氧化物膜可以应用于聚合物表面上。另外，聚合物表面上的多孔金属氧化物膜的厚度可以得到有效的控制。
                        实施例7
本实施例阐述了用低表面积的热解法金属氧化物在热反射层上制备多孔的金属氧化物膜。
重复与实施例2相同的方法，只是二氧化硅颗粒溶胶是由22克Cab-O-SperseL-90热解法二氧化硅(90平方米/克的表面积)(CabotCorporation，Cab-O-Sil Division，Tuscola，IL)与110毫升去离子水制备的，该去离子水的pH已用氢氧化铵调整到10.1，得到的固含量约为16.7％。在热解法二氧化硅加到pH调整过的去离子水中之后，进一步向溶胶中加入氢氧化铵(约50滴)，以将溶胶的pH调整为10.03。
将一个热反射层和硅薄片按实施例2那样处理。用椭圆法分析硅薄片上的多孔金属氧化物膜，以确定其折射指数。发现平均折射指数为1.117，其对应的多孔二氧化硅层的密度为0.56克/立方厘米。该密度用来计算涂敷条带的多孔金属氧化物膜的厚度，该厚度列于下面的表7中
                         表7
涂层数    平均重量(克)    密度(克/立方厘米)    厚度(微米)
1            0.0280             0.56              2.13
表7中的数据证实，可以使用低表面积的热解法金属氧化物将多孔金属氧化物膜应用于热反射层上。
                        实施例8
本实施例阐述了用高表面积的热解法金属氧化物在热反射层上制备多孔的金属氧化物膜。
重复与实施例2相同的方法，只是二氧化硅颗粒溶胶是由20克Cab-O-SperseEH-5热解法二氧化硅(380平方米/克的表面积)(CabotCorporation，Cab-O-Sil Division，Tuscola，IL)与200毫升去离子水制备的，该去离子水的pH已用氢氧化铵(38～30％)调整到10.05，得到的固含量约为9％。在热解法二氧化硅加到pH调整过的去离子水中之后，进一步向溶胶中加入氢氧化铵(约10滴)，以将溶胶的pH调整为10.07。
将一个热反射层和硅薄片按实施例2那样处理。用椭圆法分析硅薄片上的多孔金属氧化物膜，以确定其折射指数。发现平均折射指数为1.085，其对应的多孔二氧化硅层的密度为0.40克/立方厘米。该密度用来计算涂敷条带的多孔金属氧化物膜的厚度，该厚度列于下面的表8中。
                          表8
涂层数    平均重量(克)    密度(克/立方厘米)    厚度(微米)
  1         0.0025             0.40               0.61
表8中的数据证实，可以使用高表面积的热解法金属氧化物将多孔金属氧化物膜应用于热反射层上。
                        实施例9
本实施例阐述了用高表面积的热解法金属氧化物在热反射层上制备多孔的金属氧化物膜。
重复与实施例2相同的方法，只是二氧化硅颗粒溶胶是由40克Cab-O-SperseEH-5热解法二氧化硅(380平方米/克的表面积)(CabotCorporation，Cab-O-Sil Division，Tuscola，IL)与400毫升去离子水制备的，该去离子水的pH已用浓硝酸(69～70％)调整到1.0，得到的固含量约为9％。在热解法二氧化硅加到pH调整过的去离子水中之后，进一步向溶胶中加入浓硝酸(约0.5毫升)，以将溶胶的pH调整为0.97。
将一个热反射层和硅薄片按实施例2那样处理。用椭圆法分析硅薄片上的多孔金属氧化物膜，以确定其折射指数。发现平均折射指数为1.061，其对应的多孔二氧化硅层的密度为0.26克/立方厘米。该密度用来计算涂敷条带的多孔金属氧化物膜的厚度，该厚度列于下面的表9中。
                          表9
涂层数    平均重量(克)    密度(克/立方厘米)    厚度(微米)
   1         0.0082             0.26              3.06
表9中的数据证实，可以使用高表面积的热解法金属氧化物将多孔金属氧化物膜应用于热反射层上。
                        实施例10
本实施例阐述了用金属氧化物球在热反射层上制备多孔的金属氧化物膜。
重复与实施例2相同的方法，只是二氧化硅颗粒溶胶是由83.64毫升Cab-O-SperseSC-1二氧化硅(90平方米/克的表面积)(30％固含量，CabotCorporation，Cab-O-Sil Division，Tuscola，IL)与100毫升去离子水制备的，该去离子水的pH已用氢氧化钠调整到10.5，得到的固含量约为15％。
将一个热反射层和硅薄片按实施例2那样处理。然后使涂敷过的条带在一次涂层上沉积二次涂层，并在该二次涂层还湿着的时候，将约30克的SIP22合成的无定形沉淀的二氧化硅球(Degussa Corporation，Ridgefield Park，NJ)喷洒在二次涂层的表面。使涂敷的条带再次于环境条件下干燥10分钟。
然后轻轻地拿起涂敷的条带，并从条带上抛弃过量的沉淀二氧化硅球。将条带切割成10厘米(4英寸)的正方形，并将这些正方形中的两个连同一个未涂敷的正方形一起称重。减去具有二次涂层的金属氧化物膜的平均重量增量(该信息取自实施例5)，剩下的就是沉淀的二氧化硅球的平均重量增量。假设颗粒尺寸均匀地为100微米并且均匀地分布，则在10×10厘米(4×4英寸)的正方形上，0.0129克的重量增量在该表面上产生约795个颗粒/平方厘米的颗粒密度。
这些结果证实，可以使用分立的金属氧化物颗粒将多孔的金属氧化物膜应用于热反射层上。
                        实施例11
本实施例阐述了用气凝胶珠在热反射层上制备多孔的金属氧化物膜。
重复与实施例2相同的方法，只是二氧化硅颗粒溶胶是由83.64毫升Cab-O-SperseSC-1二氧化硅(90平方米/克的表面积)(30％固含量，CabotCorporation，Cab-O-Sil Division，Tuscola，IL)与100毫升去离子水制备的，该去离子水的pH已用氢氧化钠调整到10.5，得到的固含量约为15％。
将一个热反射层和硅薄片按实施例2那样处理。然后使涂敷过的条带在一次涂层上沉积二次涂层，并在该二次涂层还湿着的时候，将大约15克的亲水气凝胶珠(596平方米/克的表面积；1.0±0.5毫米的颗粒直径；84千克/立方米的堆积密度)(来源于Cabot Corporation，Cab-O-Sil Division，Tuscola，IL)喷洒在二次涂层的表面。使涂敷的条带再次于环境条件下干燥10分钟。
然后轻轻地拿起涂敷的条带，并从条带上抛弃过量的气凝胶珠。将条带切割成10厘米(4英寸)的正方形，并将这些正方形中的两个连同一个未涂敷的正方形一起称重。此时，很多珠子从条带上跌落或脱落。减去具有二次涂层的金属氧化物膜的平均重量增量(该信息取自实施例5)，剩下的就是颗粒的平均重量增量。假设颗粒尺寸均匀地为1毫米并且均匀地分布，则在10×10厘米(4×4英寸)的正方形上，0.0046克的重量增量在该表面上产生约0.65个颗粒/平方厘米的颗粒密度。
这些结果证实，可以使用气凝胶颗粒将多孔的金属氧化物膜应用于热反射层上。
本文所引用的全部参考文献均整体地引作本发明的参考文献。
尽管已在优选实施方案的基础上对本发明进行了重点的描述，但是对本领域的普通技术人员来说，显而易见的是可以使用优选实施方案的变种，而且意味着本发明可以不按本文所具体描述那样来实施。因此，本发明包括下面权利要求书中所规定的本发明的构思和范围内所包括的全部修改。

Claims (13)

1.一种包括热反射层的绝热复合材料，该绝热复合材料的特征在于：
(a)具有反射面和对立面的第一热反射层，
(b)具有反射面和对立面的第二热反射层，以及
(c)厚度小于等于20微米的多孔金属氧化物膜，该膜定位于所述的第一和第二热反射层之间，致使所述的第一和第二热反射层之间基本上没有直接的物理接触。
2.权利要求1的绝热复合材料，其中所述的多孔金属氧化物膜与所述的第一和第二热反射层的至少一种基本上是共同延伸的。
3.权利要求2的绝热复合材料，其中所述的多孔金属氧化物膜与所述的第一和第二热反射层基本上是共同延伸的。
4.权利要求2的绝热复合材料，其中所述的多孔金属氧化物膜粘附于所述的第一热反射层的对立面上。
5.权利要求4的绝热复合材料，其中所述的第一热反射层的对立面面向所述第二热反射层的反射面。
6.权利要求5的绝热复合材料，其中所述的多孔金属氧化物膜粘附于所述的第二热反射层的反射面上。
7.权利要求1的绝热复合材料，其中所述的第一和第二热反射层是铝箔。
8.权利要求1的绝热复合材料，其中所述的多孔金属氧化物膜具有小于等于2克/立方厘米的密度。
9.权利要求1的绝热复合材料，其中所述的多孔金属氧化物膜是多孔的二氧化硅膜。
10.权利要求1的绝热复合材料，其中所述的多孔金属氧化物膜具有小于等于10微米的厚度。
11.权利要求10的绝热复合材料，其中所述的多孔金属氧化物膜的厚度为200纳米至10微米。
12.一种包括不透气的容器的绝热元件，该绝热元件的特征在于它还包括置于其中的权利要求1-11中任一项的绝热复合材料。
13.权利要求12的绝热元件，其中所述容器内的压力小于等于10-2千帕。
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