超级绝热导线、导管的制作方法

超级绝热导线、导管的制作方法
【专利摘要】本发明超级绝热导线、导管公开了一类采用超级绝热气凝胶颗粒对导线、导管实施超级绝热保护的通用性径向超级绝热封装技术及其具体实施方法；其所优选的超级绝热材料是颗粒直径范围为(0.1-100μm)的具有超高多孔度(90-99％)的、也即具有超低热导率的超级绝热二氧化硅气凝胶颗粒或三氧化二铝气凝胶颗粒；其它超级绝热气凝胶颗粒同样适用。使用气凝胶颗粒的径向超级绝热封装使得该导线、导管可以有效屏蔽其与周边环境的热交换而使其适于超正常温度环境下的应用、以及相关超高精度系统的在包括正常温度在内的任何温度环境下的应用。本发明所优选的超级绝热导线、导管的代表性产品实例是超级绝热电流导线和超级绝热光纤。
【专利说明】超级绝热导线、导管
1.【技术领域】
[0001]本发明《超级绝热导线、导管》【*专利I】公开了一类对“导线”、“导管”实施“径向超级绝热”保护的通用性技术及其具体实施方法。其中(一)“导线”、“导管”指的是可以用来输运“特定物质或能量形态”的线型材料或管型材料，其可输运的“特定物质或能量形态”涉及:电荷(电子、空穴、离子、极化的颗粒或结构实体)、等离子体、基本粒子、颗粒集合体(全同颗粒)、粒子集合体(全同粒子)、热(声子)、光、机械波(声波)、电磁波、电场、磁场、电磁场、液体、气体、超流体(超流态液氦)、胶体、凝聚体(凝聚态物质)、有限体积的真空；(二)“超级绝热”指的是用一种“热导率低于同环境温度下空气热导率的结构材料”即“超级绝热材料”封闭性包裹“导线”或“导管”外周，从而几乎完全隔绝周边环境与该“导线”、“导管”沿其径向方向的热交换。
2.【背景技术】
[0002]人类生产活动中所涉及的最广泛的一类活动形态是利用特定的“导线”、“导管”在关联系统间实施“特定物质或能量形态”的输运，这里所指的可被输运的“特定物质或能量形态”涉及:电荷(电子、空穴、离子、极化的颗粒或结构实体)、等离子体、基本粒子、颗粒集合体(全同颗粒)、粒子集合体(全同粒子)、热(声子)、光、机械波(声波)、电磁波、电场、磁场、电磁场、液态物质、气态物质、超流态物质、胶体、凝聚态物质、有限体积的真空。例如输运电流的电线、输送自来水的水管、传递光信号的光纤、传导电磁波的波导、传导电磁波的真空管道(管型真空区域)、传导热流的热管、热线等等。
[0003]“导线”或“导管”在输运“特定的物质或能量形态”时，常常需要对其进行“径向绝热保护”(其中“径向”指的是垂直于导线或导管输运方向的方向)。第一种情况是当系统面临一般的“非正常低温或高温”时，或者面临极端的“超正常温度”时，例如水管的低温工作保护(防冻裂)、油气管道的高温防爆/低温防裂、电线的高温工作保护(防过热起火短路)、信号线的恒温工作维持。常规指标的绝热防护已经广为使用，例如通常只要在管线外周包裹相对低热导率材料的橡胶、工程塑料、无机物或聚合物或无机-聚合物纤维膜、或其它一些陶瓷材料都均能起到一定的径向绝热功效，但是当系统在“超正常温度”环境下工作时，例如(_50°C —200°C )，常规绝热材料将难以胜任。
[0004]第二种情况是“正常温度”工作时的“超级绝热防护”或“超级绝热维持”问题，这通常属于信号的超高精度测量、保持、传输等应用需求情境。实际上，超高精度系统在包括正常温度在内的任何温度环境下的应用都需要“超级绝热防护”或“超级绝热维持”。
[0005]输运管线所面临的“超级绝热防护”或“超级绝热维持”问题依其所输运“特定物质或能量形态”的不同而不同，绝热防护或维持有时是为了保护输运管线本身，有时是为了保护其内被输运的“特定物质或能量形态”。
[0006]在此我们例举两个 典型案例以明示对相关“导线、导管”进行“超级绝热”在相关应用中不可或缺的原因:
[0007]其一，“超级绝热防护”一锂离子二次电池的超正常低温工作问题。[0008]民用二次电池工作温区的一般标准为(-10°C _+50°C )，视二次电池构成材料如电极、电解液、隔膜、封装材料的不同，这一工作温区有相应的变化，例如温区(-200C -+500C );锂离子电池工作温区的军用标准要高一些，例如我国一个军用电池标准要求锂电池能工作的低温下限要达到_40°C【*文献I~3】，且其所对应的低温效能要能达到室温标称的40% ;上个世纪90年代以后，美国开展了一些低温电池的主题研究，其重点集中于高性能低温电解液的研究【*文献4~14】【*专利2】。二次电池美国的一个军用指标要求作为“自由车”动力的锂离子电池的工作温区能胜任(_30°C -+52°C )、非失活存储温区达到(-460C -+660C )【*文献11~12】【*专利2】。
[0009]研究表明，仅就电池主要构成模块(材料)而言，在低温环境下工作时，电池电极固态电解质界面层(SEI)阻抗增加、界面处电荷极化严重；低温下电解液的粘滞度加大而致离子的迁移率下降、隔膜孔道容易阻塞而致电池失效；电解液中添加防冻剂等措施会导致电池的比容量与放电倍率严重下降；总之，在“浅低温“如-1o°c以下工作，电池性能就会实质性下降【*文献10】，而在“过低温”如-40°C以下，电池就几乎失活，例如，商用锂离子电池_40°C时的放电容量仅为20°C工作时的5%，而其放电功率密度下降为标称的1.25%【*文献7】；而在“甚低温“如-65°C以下，许多有机电解液将冻结【*文献6】。
[0010]基于上述背景，为解决“二次电池的低温工作“问题，我们提出了一种基于“绝热悬挂”【*专利3】的“绝热悬挂电池”【*专利4】来实现二次电池在超正常低温下正常储运与工作的解决方案，进而通过基于“绝热悬浮”【*专利5】的“绝热悬浮电池”【*专利6】和配备“系统电路热量预警与补偿”组件(低温二次电池通连电路智能热补偿系统)【*专利7]的“智能二次电池”【*专利8】而进一步提升“绝热二次电池”的超正常低温工作性能及其非失活存储性能。
[0011]不过应当指出的是，我们所发明的这些“超级绝热二次电池”在超正常低温下工作时仍然面临着共同的失效风险:(一)在有线导电的工作模式下(指电池需要“暴露于环境空间的外部连接导线”与用电器连通)，仅凭“绝热二次电池”的“超级绝热结构”本身并不能保证其在超正常低温下工作时不失效一这种失效甚至表现为一开机就失效，这主要是因为“绝热二次电池”所供电的用电器的内部电路往往因未加绝热防护而处于超正常低温状态，其一旦与“绝热二次电池”的电极连通，将可能瞬间冻结“绝热二次电池”的电解液而致电池失效；这一风险我们通过带有系统热反馈与补偿的“智能二次电池”【*专利7】来有效控制；(二)同样是有线导电的使用模式问题，即如果电池与用电系统之间的输电线绝热不良，则当电池在超正常低温下工作时，电池系统将会因为通过这条外部连接线的热散失过快而迅速失活。因此非常有必要对“暴露于环境空间的外部连接导线”进行更高级别的“绝热防护”以克服这一失效风险；这是我们开发本发明技术的主要动机之一。值得指出的是，任何有可能被大规模使用的器物及其附件的研发都具有重大商业价值，而“超级绝热电池”具有潜在的巨大应用前景，所以为其配套的“超级绝热导线”具有同等价值。当然，“超级绝热导线”可以是其它多种电器的必备附件。
[0012]其二，“超级绝热维持”——信号线的恒温工作维持问题。
[0013]大多数物理量的测量是通过传感器采集相关“力/热/电/光”信号来完成的。测量过程中影响测量精度的因素有很多，其中以“传感器响应信号的激发精度”、“传感器对响应信号的采集分辨率”和“所采集信号在系统内部信号线中的传输一致性(保真传输)”为决定性要素。这三个测量要素所涉及的参量都是与温度相关的，例如金属导线或信号线的电阻率是随温度变化而变化的，另一方面，材料的热致应变会影响载流子的迁移率，也就是说，测量系统本身的温度变化是影响测量精度的。所以有效控制测量系统内部模块与互连线的温度变化对高精度测量至关重要。
[0014]例如，在“绝热传感器:基于绝热悬挂的测温芯片”中【*专利9】，我们利用超级绝热结构而极大地提高了温度测量的精度。在“绝热传感器(基于绝热悬挂的测温芯片)”中，我们通过采用基于“绝热悬挂”的“超级绝热结构”来实施对“集成于芯片上的感温钼电阻模块及附属测量电路”的“超级绝热防护及绝热维持”，经此超级绝热封装，除“感温钼电阻”感温窗口裸露之外，整个测温芯片的外壳、内部模块与互连线均被“超级绝热”，该绝热封装最大限度地屏蔽了环境热源与芯片在除“感温钼电阻”感温窗口之外的任何区域发生热交换的可能性，从而确保“待测温场”与“感温钼电阻”之间的热交换是造成感温钼电阻温度变化的唯一原因，这个举措极大地提高了所采集“电流/电压信号”来源的一致性，同时与“信号传输的，在此基础上我们以相对低成本的技术路线实现了一种超高精度的温度测量。简单来说，其原理就是尽可能地通过绝热屏蔽来抑制影响测量精度的热致误差。值得注意的是，因为基于亚微米及纳米工艺的芯片中，所有模块及互连线都是扁平结构，厚度有时甚至以数纳米至数十纳米计，这种结构体的比表面积O S大(Ofi= AS/m),结构体的总质量m小，所以其与周边环境发生哪怕微量的热交换AQ(T)都会造成显著的“温变响应τ, (τχ = ΔΤΧΛ)。
[0015]注:系统误差的主要来源包括“焦耳热⑴”、“接触传热Λ Q接触⑴”、“对流传热Λ Q对流⑴”、“辐射传热Λ Q鰂⑴”以及“非工热流温变响应τχ，，。
[0016](一)一般情形下，上述系统误差来源所涉及的物理效应相互影响并相互反馈与耦合。考虑t时刻经接触传热发生的热交换“接触传热AQ_4(t)”:
[0017]①AQ接触⑴=K Λ SATtl⑴，其中K是结构体的传热系数(热导率)；Λ S是结构体热交换面传热面积；ATtlU)是t时刻结构体和与其发生热交换周边环境或系统之间的温差(热交换驱动温差)。可见t时刻单位时间、单位质量结构体的焓变响应(热交换当量)为 ΔΗ 接触(t)/t = qK (t)/t = [ Δ Qai4 (t)/m]/t = [ Δ Qai4 (t)]/mt = [ κ ASAT0(t)]/mt = κ [AT0(t)/t] ( Δ S/m) = κ τ。0 s,其中m是结构体的质量，σ s = Δ S/m是结构体的比表面积，Ttl= ATtl (r)/t是该焓变下的初始“温变响应”当量；对于基于微米纳米电子工艺的膜结构范式的结构体而言，通常其08数值很大，所以AH?4(t)/t数值很大；
[0018]②结构体的温度变化Δ T接触由热父换当星Δ Q接触(t) /1决定:Δ Q接触(t) /t =cmAT--/t = cm τ I!.其中c是结构体的比热；所以此j:含变所造成的温变响应τ mm= ΔΤ接触/t = AQ接触(t) /cmt = qK (t)/tc,所以当qK (t)数值很大以至于qK (t)/t — 时,则t时刻结构体对与周边环境热交换的温变响应τ接触=AT_/t的数值很大。该温变响应τ
是造成系统误差的主要来源之一，我们称其为“温变响应τ 源系统误差”，并给予一般性命名“非工热流温变响应”——“非测量原因即非工作原因所直接造成的热交换流所导致的温度变化响应”；τ 将 严重影响“传感器响应信号的激发精度”和“传感器对响应信号的采集分辨率”;
[0019]③所以“非工热流温变响应τ _源系统误差”的校准意味着要求要么“保持任意时刻ATtlU) — O”要么“屏蔽结构体与周边环境或系统的热交换即做到(t) — O”。显然“保持任意时刻Λ T0 (t) - — O”的要求难以实现，而可以使用“超级绝热”来做到“ Λ Q
接触⑴—O”。
[0020]( 二)系统内部一个主要温变响应来源于“焦耳热Λ Q焦耳热⑴”，其次系统内部模块与组件之间、以及其与周边环境与系统之间因热交换而造成的温变响应来源包含“接触传热AQ接触⑴”、“对流传热AQ对,流⑴”与“辐射传热AQ_ (t) ”，这些因素都是通过引入额外的热交换AQx (t)而使其影响耦合于“非工热流温变响应τχ”中，这一“非工热流温变响应τχ”不仅导致测量结果的数值误差，而且致使“测量结果所关联物理来源”的不确定性增加。这其中“焦耳热”是关键因素，“焦耳热”因系统存在内阻而不可避免，所以工作中它是造成系统温度升高的主要原因；系统内部模组因“焦耳热”温度升高之后，与其关联的“接触传热”与“对流传热”随即产生，同时由于焦耳热温升也致“结构表面热辐射”增加而导致“辐射传热”增强。由上述分析可知，芯片内“接触传热”效应显著，其表现为大数值的“接触传热温变响应τ ”与较大数值的“对流传热温变响应τ 显然，系统中由“焦耳热”所引发的“非工热流温变响应τχ”的权重来源复杂(τχ= τ胃_+τ +τ _+τ
，所以高精度测量时必须尽可能消除其影响。其中
[0021]①系统闭合电路中某一模组(电阻Rx)所产生的“焦耳热” [AQ焦耳热⑴=(I系g5)2Rxt = (U^)2RxV(Rf^)2]可经“电压-电阻-电流”的联合设计并结合理论计算以校准，其中是流经此模组的关联系统电流，而Usus是关联系统电压，Rsus是关联系统电阻；
[0022]②“对流传热[AQg (t)]”可以通过真空封装而杜绝；
[0023]③“辐射传热[AQ_ (t)]”通过相关表面涂层抑制等等；
[0024]④“接触传热(t)]”通过“超级绝热”屏蔽，此处“超级绝热”指标指的是可以在相关接触体之间实现“零接触传热”，即Λ Q接触(t) — O ;
[0025]⑤实际上由于采用“超级绝热”，不仅可以实现“零接触传热Λ Q接触⑴一0”，结合非真空封装下也几乎实现“零对流传热AQ5itffi⑴一0”，也极大地抑制了“辐射传热AQ福射(t)”。理想情况下，经采用协同保护与理论校准，可使τχ= τ焦耳热+τ接触+τ对流+τ福射^ τ 相对而言，焦耳热温变响应误差τ 的消减容易做到，其可以通过相关技术与材料优化以及τ 的理论校准与补偿来实现。
[0026](三)上述分析虽然只是针对“超级绝热传感器”【*专利9】而言，但“超级绝热传感器”所赖以获得超高测量精度的超级绝热技术路线及其所依据的物理原理是通用的。
[0027]通过上述两个具有重大应用价值的产品实例的技术与应用原理分析，可以看出“连接不同系统之间的导线/管”在应用中起着关键作用，所以器物在“超正常温度”下的应用往往需要对其进行“超级绝热防护”或“超级绝热维持”;不仅如此，就是在正常温度下工作，对关键导线及模组进行超级绝热维持也是至关重要的，例如上述“绝热传感器(基于绝热悬挂的测温芯片)”实现超高精度测量的案例【*专利9】。
[0028]为此，我们提出一类“超级绝热导线、导管”的解决方案。“超级绝热导线、导管”是以“超级绝热材料”对常规“导线/管”进行“径向超级绝热封装”，该封装可以有效屏蔽导线/管与周边环境的热交换而使得该导线适用于“超正常温度”环境下的应用，以及相关超高精度系统的在包括正常温度在内的任何温度环境下的应用。
3.
【发明内容】
[0029]3.01本发明《超级绝热导线、导管》的技术定义与约定
[0030]3.01.01超级绝热导线、导管
[0031]本发明《超级绝热导线、导管》【*专利I】公开了一类对“导线”、“导管”(3.01.02)实施“超级绝热”(3.01.03)保护的通用性“径向超级绝热封装”(3.01.04)技术及其具体
实施方法。
[0032]本发明技术路线采用“超级绝热材料”(3.01.05)对“导线”、“导管”进行“径向超级绝热封装”而使得该“导线”、“导管”具备一定的“超级绝热”性能而可胜任在“超正常温度”(3.01.06)环境下工作；同时，就是“正常温度”环境下的工作也存在必须使用“超级绝热导线”的场合，这通常属于信号的超高精度测量、保持、传输等应用需求情境。实际上，超高精度系统在包括正常温度在内的任何温度环境下的应用都需要“超级绝热防护”或“超级绝热维持”。
[0033]本发明技术路线所优选的赖以实现“径向超级绝热封装”的“超级绝热材料”特指在应用环境下呈固态的、几乎所有种类的具有超高多孔度的“多孔结构材料”(3.01.07);当“多孔结构材料”的多孔度大到一定阈值后(通常大致为75%及以上)，我们称这样超高多孔度的多孔结构材料为“气凝胶”，而当多孔度达到更高阈值(该阈值通常约为90%)后，该“气凝胶”的热导率将低于同温度下空气的热导率而具备本发明所约定指标的“超级绝热”能力，我们称其为“超级绝热气凝胶”(3.01.08)；
[0034]由于多孔度高达90%及以上的“气凝胶”都非常容易破碎，所以实际使用的“超级绝热气凝胶”的材料往往呈破碎的颗粒形态；本发明所优选的“超级绝热气凝胶”的代表性实例是“颗粒直径范围约(0.1 μ m-100 μ m)的/具有超高多孔度(90^-99%)的/且具有超低热导率的/超级绝热二氧化硅(SiO2)气凝胶颗粒【*专利10~15 ;*文献15~22】或三氧化二铝(Al2O3)气凝胶颗粒【*专利16】”；非化学计量比的氧化硅(SixOy)和氧化铝(AlxOy)的“超级绝热气凝胶颗粒”同样适用(3.01.09)；
[0035]本发明技术路线其它可用以实现“超级绝热”的“超级绝热气凝胶”还包括所有金属氧化物气凝胶、半导体氧化物气凝胶、合金氧化物气凝胶、无机盐气凝胶、金属氢氧化物气凝胶、聚合物气凝胶、聚合物-无机物复合气凝胶、以及上述材料的混合/化合/复合结构气凝胶(3.01.10)。
[0036]本发明技术路线所优选的赖以实现“径向超级绝热封装”的“超级绝热材料”并非仅限于上述超高多孔度的“多孔结构材料”以及各类典型的“超级绝热气凝胶材料”。
[0037]3.01.02 导线、导管
[0038]“导线”、“导管”指的是可以用来输运“特定物质或能量形态”的线型材料或管型材料，其可输运的“特定物质或能量形态”涉及:电荷(电子、空穴、离子、极化的颗粒或结构实体)、等离子体、基本粒子、颗粒集合体(全同粒子)、热(声子)、光、机械波(声波)、电磁波、电场、磁场、电磁场、液体、气体、超流体(超流态液氦)、胶体、凝聚体(凝聚态物质)、有限体积的真空。
[0039]3.01.03 超级绝热
[0040]本发明所指称的“超级绝热”的主要物理指标之一是在I标准大气压下环境温度27°C时所用绝热材料的热导率低于同环境条件下的空气的热导率；进一步更加要求在其所工作的温区内，其热导率均低于同环境温度下空气的热导率。[0041]3.01.04径向超级绝热封装“径向超级绝热封装”指的是用一种“热导率低于同环境温度下空气热导率的结构材料”封闭性包裹“导线”或“导管”外周，从而几乎完全隔绝周边环境与该“导线”、“导管”沿其径向方向的热交换。
[0042]3.01.05超级绝热材料
[0043]本发明所指称的“超级绝热材料”特指在人居地表环境里呈现为固态的具有超高多孔度的多孔结构材料，该多孔结构材料的热导率随多孔度的增加而降低，当多孔度大到一定阈值时(该阈值通常约为90% )，该多孔结构材料的热导率因低于同温度下的空气热导率而具备了 “超级绝热”的能力。
[0044]3.01.06超正常温度
[0045]就人类活动所使用的器物而言，我们对“超正常温度”有如下基于实用层面的约定:其一，以人居地表环境的常规温度为参照，我们约定-50°C以下的环境温度为超正常低温，大于+50°C以上的环境温度为超正常高温；其二，以大气层外空间及宇宙深空的环境温度为参照，我们定义_200°C至_270°C以下的环境温度为超正常低温；其三，约定金属铝熔点+660.37°C至金属铁熔点+1538°C为人居地表环境的超正常高温。
[0046]3.01.07多孔结构材料
[0047]所有在人居地表环境里呈现为固态的物质都可以构成多孔结构材料，具体来说，构成多孔结构材料的材质可以是(一)固态无机物的单质、合金、化合物、混合物；(二)固态有机物的聚合物(合成纤维或多孔工程塑料等)、混合物、复合物(无机物与有机物的复合)；(三)上述这些材料的混合/化合/复合物；(四)以及所有上述材料所对应的人工微结构材料；当多孔结构材料的多孔度大到一定阈值后(通常大致为75%及以上)我们称这样高多孔度的多孔结构材料为“气凝胶”。
[0048]3.01.08超级绝热气凝胶
[0049]“超级绝热气凝胶”都是具有超高多孔度的，但具有超高多孔度的气凝胶并不一定能“超级绝热”。多数不易被氧化的金属或合金气凝胶不但不能超级绝热，而且其导热性能还相当良好。【*注:例如“金Au气凝胶”的导热性能就比较好，而且当“金气凝胶”满足“多孔度尽可能地高且不至于太高而致其内部结构网络的全域实体连通通道断裂”的条件时，其等效热导率达到极大值，其对应的多孔度阈值大致为75%左右)】。
[0050]在地表大气层的有氧/水汽/酸雾环境里，“超高多孔度的金属气凝胶与合金气凝胶”是难以稳定存在的，这是因为其中绝大多数材料都因具有极大的比表面积而十分容易被氧化或发生碱性或酸性化合等化学反应，而当其完全被氧化或发生其它碱性或酸性化合反应后，“超高多孔度的金属气凝胶与合金气凝胶”将因化学反应而变成多孔度适当降低但仍然较高的“高多孔度的氧化物气凝胶”、“高多孔度的多元复合氧化物气凝胶”、“高多孔度的氢氧化物气凝胶”或“高多孔度的硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐气凝胶”，而这些经有氧基团化合的高多孔度的气凝胶都是接近于超级绝热的。【*注:例如“铜Cu气凝胶”的热导率比同多孔度的“金Au气凝胶”的热导率还高，但“超高多孔度的铜气凝胶”是具有高比表面积的纳米结构材 料，在地表大气层的有氧/水汽/酸雾环境里十分容易被氧化或发生碱性或酸性化合等化学反应，而形成诸如CuO、Cu2O> Cu (OH) 2> CuSO4或CuCl2等气凝胶】。
[0051]3.01.09超级绝热气凝胶的优选实例
[0052]本发明所用“超级绝热气凝胶”的优选实例是“颗粒直径范围约(0.1 μ m-100 μ m)的/具有超高多孔度(90%-99%)的/也即具有超低热导率的/超级绝热二氧化硅(SiO2)气凝胶颗粒气凝胶颗粒或三氧化二铝(Al2O3)气凝胶颗粒”;非化学计量比的氧化硅(SixOy)和氧化铝(AlxOy)的超级绝热气凝胶颗粒同样适用。本发明所优选的一类“多孔二氧化硅(SiO2)气凝胶颗粒膜”的热导率可以低至0.012-0.019瓦/米.开尔文(W/m.K)，其对应的结构材料密度为0.170-0.228克/厘米3 (g/cm3)，对应的多孔度为(92.3^-89.6%);多孔度89.6%的二氧化硅气凝胶颗粒的热导率已经低于环境温度300K(27°C )时空气的热导率0.026ff/m.K ;而多孔度为92.3%的二氧化硅气凝胶颗粒的热导率为0.012瓦/米?开尔文(W/m.K)，该数值甚至低于温度为-100°C空气的热导率0.0158瓦/米.开尔文(W/m.K) ο
[0053]3.01.10超级绝热气凝胶的其它优选实例
[0054]本发明所用“超级绝热气凝胶”的其它优选实例包括所有金属氧化物气凝胶、半导体氧化物气凝胶、合金氧化物气凝胶、无机盐气凝胶、金属氢氧化物气凝胶、聚合物气凝胶、聚合物-无机物复合气凝胶、以及上述材料的混合/化合/复合结构气凝胶。
[0055](3.01.10-01) “超级绝热氧化物气凝胶”可以用作“超级绝热导线、导管”所用的“超级绝热材料”，其典型实例包括:(一)相对安全的材质=Cr2O3气凝胶、Fe3O4气凝胶、Rh2O3气凝胶、IrO2气凝胶、W03气凝胶、MgO气凝胶、Li2O气凝胶、Ga2O3气凝胶、In2O3气凝胶；(二)贵重金属材质=PdO气凝胶、PtO气凝胶、Au2O3气凝胶、Ag2O气凝胶；(三)危险材质(毒、腐蚀、刺激性、或存在室温条件下的危险反应)=Co2O3气凝胶、CoO气凝胶、BeO气凝胶、V2O5气凝胶、NiO气凝胶、Ni2O3气凝胶、CdO气凝胶、BaO气凝胶、MoO3气凝胶、RuO2气凝胶、PbO气凝胶、Tl2O3气凝胶、HgO气凝胶、As2O3气凝胶、As2O5气凝胶、ZrO2气凝胶、SeO2气凝胶、SeO3气凝胶、SrO凝胶、Nb2O5气凝胶、CuO气凝胶、Cu2O气凝胶、MnO2气凝胶、MnO气凝胶、CaO气凝胶、ZnO气凝胶、TiO2气凝胶、Na2O气凝胶、Sc2O3气凝胶、Y2O3气凝胶、Ta2O5气凝胶、FeO气凝胶、Fe2O3气凝胶、TeO2气凝胶、Bi2O3气凝胶、SnO2气凝胶、GeO2气凝胶；(四)稀有、贵重或放射性材质(La系与Ac系材质):La2O3气凝胶、Ac2O3气凝胶、Ce2O3气凝胶、CeO2气凝胶、ThO2气凝胶、Pr2O3气凝胶、Pa2O3气凝胶、PaO2气凝胶、PaO气凝胶、Nd2O3气凝胶、UO2气凝胶、Pm2O3气凝胶、NpO2气凝胶、Sm2O3气凝胶、PuO2气凝胶、Eu2O3气凝胶、AmO2气凝胶、Gd2O3气凝胶、Cm2O3气凝胶、Tb2O3气凝胶、Bk2O3气凝胶、Dy2O3气凝胶、Cf2O3气凝胶、Ho2O3气凝胶、Er2O3气凝胶、Tm2O3气凝胶、Yb2O3气凝胶、Lu2O3气凝胶。
[0056](3.01.10-02) “超级绝热多元复合氧化物气凝胶”可以用作“超级绝热导线、导管”所用的“超级绝热材料”，其典型实例包括:“铝镁合金氧化物气凝胶”(AlxMgyOz)，“铁铝合金氧化物气凝胶”(FexAlyOz);硅酸盐系列:“铝硅合金氧化物气凝胶”(AlxSiyOz)、“铝镁硅合金氧化物气凝胶”(AlMgxSiyOz)、或“钙镁硅合金氧化物气凝胶” Ca0.3Mg0.4Si02 (CaMg3Si4O12)。
[0057](3.01.10-03) “超级绝热氢氧化物气凝胶”可以用作“超级绝热导线、导管”所用的“超级绝热材料”，其典型实例包括:A1 (OH)3气凝胶、Zn(OH)2气凝胶、Mg(OH)2气凝胶、Fe (OH) 3 气凝胶、Ni (OH) 2 气凝胶、Cu (OH) 2 气凝胶、AlxSix (OH) z 气凝胶、AlxNix (OH) z 气凝胶、AlMgxSix (OH) z 气凝胶、CaMgxSix (OH)气凝胶。
[0058](3.01.10-04) “超级绝热硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐气凝胶”可以用作“超级绝热导线、导管”所用的“超级绝热材料”，其典型实例包括=Al2 (SO4)3气凝胶、AlPCV5气凝胶(低多孔度的材料通常称为分子筛)、FexAlyPCV5气凝胶。
[0059]3.02超级绝热导线、导管的形态类型、其基本构造:以电流导线为例
[0060]3.02.01形态一:实心包裹形态
[0061]本发明的一个代表性实例是“超级绝热电流导线”，其典型结构特征如(图1)所示。“超级绝热电流导线”是在常规电线的基础上再进行径向超级绝热封装而完成的(图1-1)。本发明制造路线以最广泛使用的铜芯或铝芯漆包线或铜芯塑包线为示范，如(图1-2)所示，从内到外，其典型结构与材料包括:(a*0001)导电铜芯、铝芯等；(a*0002)导电内芯的外保护层:绝缘漆、绝缘橡胶、工程塑料等；(a*0003) “超级绝热材料颗粒”径向封装套管(兼作导线外壳)。视应用需求而定，该套管材料可以使用合成树脂、橡胶、工程塑料、金属、陶瓷、天然纤维、人造纤维；(a*0004)具有“超级绝热”指标的“超级绝热材料颗粒”，优选的代表性实例是“超级绝热气凝胶微颗粒”，其制备形态如(图2)所示。该形态类型“超级绝热导线”两个主要制造路线如(图3)和(图4)所示。
[0062]这一“实心包裹形态”的“超级绝热结构”适用于单位长度内体量较小的常规电流导线，如相关导线单位尺度内其体型巨大或质量绝大，则需采用下述“绝热悬挂形态”的超级绝热结构。
[0063]3.02.02形态二:“绝热悬挂”【*专利3】形态
[0064]当导线或导管自重巨大，则在其安装放置时，通常需要对导线或导管本身实施除两端紧固固定之外的额外支撑，这是因为仅靠两端固定与导线内芯一道不足以提供足够强度以实现系统总重的支撑。如果按上述实心包裹形态实施制造，则成品就会面临包裹层因机械强度不够而出现崩溃失效的问题。这一困难，“绝热悬挂”给出了完备的解决方案，如(图5)所示。
[0065]3.03超级绝热导线、导管的通用性制造路线
[0066]上述“超级绝热电流导线”的“超级绝热结构”同样适用于“超级绝热导管”的制造，只要把导线中的内芯换成需要“超级绝热封装”的“导管”就可。
[0067]上述“超级绝热电流导线”的“超级绝热结构”是通用性结构，其结构的超级绝热设计路线及制造路线适用于不同应用场合的各类输运管线(3.01.02)的超级绝热封装。
4.【专利附图】

【附图说明】
[0068]图1超级绝热导线(以电流导线为例)。
[0069]图1-1用超级绝热气凝胶材料径向封装的超级绝热导线示意图(以电流导线为例)；
[0070]图1-2超级绝热导线同轴结构示意图:
[0071](a*0001)常规导线的电芯；
[0072](a*0002)塑料绝缘层；
[0073](a*0003)超级绝热气凝胶微颗粒径向封装套管(兼作导线外壳);
[0074](a*0004)超级绝热气凝胶颗粒包裹层。
[0075]图2超级绝热气凝胶颗粒(以二氧化硅或三氧化二铝气凝胶为例)。
[0076]图2-1超级绝热气凝胶原始制备的块状样品(典型尺度约5nm_lcm)；
[0077]图2-2用机 械破碎研磨大块样品而初步制得小颗粒(颗粒直径10 μ m_0.lmm)；[0078]图2-3进进一步精细研磨筛选而获得直径更小的微颗粒(颗粒直径IOOnm-1O μ m)。
[0079]图3实心包裹形态的超级绝热导线制造路线一。
[0080]图3-1准备常规导线；
[0081]图3-2准备超级绝热气凝胶微颗粒径向封装套管(a*0003)；
[0082]图3-3超级绝热气凝胶微颗粒封装预备:导线与径向封装套管同轴定位；然后可以向套管里填充气凝胶颗粒；
[0083]图3-4超级绝热气凝胶微颗粒封装的“超级绝热导线”成品构型示意图；(a*0005)超级绝热气凝胶颗粒包裹层端面保护片。
[0084]图4实心包裹形态的超级绝热导线制造路线二。
[0085]图4-1用超级绝热气凝胶微颗粒转移胶带”包裹导线:
[0086](a*0006_01)气凝胶颗粒转移胶带颗粒层边缘紧固条:硬质转移胶带条(侧边I衬下)；
[0087](a*0006_02)气凝胶颗粒转移胶带颗粒层边缘紧固条:硬质转移胶带条(侧边I盖上);
[0088](a*0007-01)气凝胶颗粒转移胶带颗粒层边缘紧固条:硬质转移胶带条(侧边2衬下)；
[0089](a*0007_02)气凝胶颗粒转移胶带颗粒层边缘紧固条:硬质转移胶带条(侧边2盖上);
[0090](a*0008_02)气凝胶颗粒转移胶带颗粒层边缘紧固条:硬质转移胶带条(横边I盖上)；
[0091](a*0009-01)气凝胶颗粒转移胶带颗粒层转移胶带(相对柔性)(衬下)；
[0092](a*0009-02)气凝胶颗粒转移胶带颗粒层转移胶带(相对柔性)(盖上)；
[0093](a*0010_01)气凝胶颗粒转移胶带衬纸(衬下)。
[0094]图4-2导线被超级绝热气凝胶微颗粒包裹示意图；(a*0005)超级绝热气凝胶颗粒包裹层端面保护片。
[0095]图4-3用诸如可以耐受超正常温度的柔性聚合物薄膜等材料(a*0010)包裹超级绝热气凝胶微颗粒层。
[0096]图5 “绝热悬挂”【*专利3】形态的超级绝热导线(以电流导线为例)。
[0097]先用绝热悬挂线(绝热的超级纤维)把常规导线按“立方悬挂”结构悬挂于刚性悬挂支架(b*0001，DlD2D3D4D5D6D7D8)上；然后在该刚性悬挂支架与导线之间的空间填充超级绝热气凝胶微颗粒以完成基于绝热悬挂的径向绝热封装。
5.【具体实施方式】
[0098]5.01超级绝热导线制造工艺:以电流导线为例
[0099]5.01.01超级绝热电流导线的结构及其所用材料
[0100]本发明的一 个代表性实例是“超级绝热电流导线”，其典型结构特征如(图1)所示。“超级绝热电流导线”是在常规电线的基础上再进行径向超级绝热封装而完成的(图1-1)。本发明制造路线以最广泛使用的铜芯或铝芯漆包线或铜芯塑包线为示范，如(图1-2)所示，从内到外，其典型结构与材料包括:(a*0001)导电铜芯、铝芯等；(a*0002)导电内芯的外保护层:绝缘漆、绝缘橡胶、工程塑料等；(a*0003) “超级绝热材料颗粒”径向封装套管(兼作导线外壳)；(a*0004)具有“超级绝热”指标的“超级绝热材料颗粒”，优选的代表性实例是“超级绝热气凝胶微颗粒”。
[0101](a*0001)导电铜芯、铝芯、金芯、银芯、其它所有符合应用要求的导电金属及其合金；导电聚合物、人工微结构材料、纳米管/线/纤维束。
[0102](a0002)导电内芯的外保护层:绝缘漆、绝缘橡胶、工程塑料等；
[0103](a*0003) “超级绝热材料颗粒”径向封装套管(兼作导线外壳)。视应用需求而定，该套管材料可以使用合成树脂、橡胶、工程塑料、金属、陶瓷、天然纤维、人造纤维。
[0104](a*0004)具有“超级绝热”指标的“超级绝热材料颗粒”，优选的代表性实例是“超级绝热气凝胶微颗粒”;有多种材料可以用来实现“超级绝热”功能而可以被用为本发明所指称的“超级绝热材料”，其中本发明优选的代表性的“超级绝热材料”是“颗粒直径范围(0.1 μ m-100 μ m)的/具有超高多孔度(90%-99% )的/且具有超低热导率的/超级绝热二氧化硅(SiO2)或三氧化二铝(Al2O3)气凝胶颗粒”；非化学计量比的氧化硅(SixOy)和氧化铝(AlxOy)的“超级绝热气凝胶颗粒”同样适用(3.01.09)； [0105]本发明技术路线其它可以用以实现“超级绝热”的“超级绝热气凝胶”的还包括所有金属氧化物气凝胶、半导体氧化物气凝胶、合金氧化物气凝胶、无机盐气凝胶、金属氢氧化物气凝胶、聚合物气凝胶、聚合物-无机物复合气凝胶、以及上述材料的混合/化合/复合结构气凝胶(3.01.10)。
[0106]5.01.02制备“超级绝热气凝胶颗粒”的方法
[0107]“超级绝热电流导线”所用的“超级绝热气凝胶颗粒”的优选实例是以“超高多孔度的二氧化硅气凝胶块材”为原材料经“机械破碎/研磨/筛选”后获得的(图2)。以超高多孔度的二氧化硅气凝胶材料为例，其刚制备的样品由于材料内部应变自然破碎，所得材料一般也不规则(图2-1)，经简单加工破碎的颗粒大小也仍然不一致(颗粒直径10 μ m-0.lmnn)(图2_2)，要想获得直径一致的气凝胶颗粒，我们还需对原始颗粒样品进行标准程序的“剪切破碎/初级筛选/初级球磨/更细筛选/更细球磨/…”，直至获得满足设计要求的气凝胶颗粒(图2-3)，其通常所用颗粒的典型直径在(ΙΟΟηπι-ΙΟΟμπι)范围。
[0108]上述“具有超高多孔度的超级绝热气凝胶”材料机械强度差，非常容易破碎，而作为“超级绝热材料”使用时，其应用范式要求其必须包裹在系统外围(以实现绝热)，所以它因往往难以承受系统重量而崩溃，并因此在崩溃方向部分失去“超级绝热”性能而致系统“超级绝热”失效。这也是它们通常难以被广泛使用的原因之一，即超高多孔度的气凝胶材料不适于自支撑系统【*专利3】。在本发明“超级绝热导线、导管”的实施路线中，其结构中以“具有超高多孔度(90% -99% )的超级绝热气凝胶颗粒”为主要绝热功能材料。如(图1-2)所示，其颗粒直径依据应用需求而定，范围一般在(0.1 μ m-100 μ m)。之所以超级绝热气凝胶材料的机械强度弱点在这里并不影响其应用于“超级绝热导线”，主要是因为导线内芯提供了足够的抗拉强度，且“超级绝热气凝胶颗粒”包裹层外保护壳亦提供了相当大的抗拉强度。
[0109]5.01.03实心包裹形态的“超级绝热电流导线”第一种制造路线
[0110]—气凝胶颗粒灌注成型法[0111]本发明给出“超级绝热电流导线”两种示范性制造路线的基本工艺步骤。第一种制造路线如(图3)所示，这是一种通过模具辅助成型的办法，即使用预先制造的径向封装套管与导线构成同轴结构，套管的内直径大于导线绝缘漆包裹层的外直径，这样导线与径向封装套管之间的空间就是气凝胶颗粒填充空间，而径向封装套管的内直径与导线绝缘漆包裹层的外直径之差就是预先所设计的“超级绝热气凝胶颗粒包裹层”的应用需求厚度d ；然后直接向套管与导线见空隙填充气凝胶颗粒即可:(图3-1)准备“常规导线”以备封装；(图3-2)准备“超级绝热气凝胶微颗粒径向封装套管”以备封装；(图3-3)超级绝热气凝胶微颗粒封装预备:导线与径向封装套管同轴定位；然后可以直接向套管里填充气凝胶颗粒；(图3-4)安装“超级绝热气凝胶颗粒包裹层端面保护片”(a*0005)，完成“径向超级绝热封装”，“超级绝热导线”制造完成。
[0112]上述示范工艺只是为了说明制造“超级绝热电流导线”的一般步骤，如不使用专用设备和工具，这样直接填充气凝胶颗粒的方法仅小量制造模式而不适于大规模生产。
[0113]为此我们开发了两种有关“超级绝热导线的大规模制造方法，其一:气凝胶颗粒灌注成型法【*专利18】；其二:气凝胶颗粒转移胶带包裹法【*专利19】。
[0114]例如，以”气凝胶颗粒灌注成型法”为例，一般而言，实现灌注的方式多样，不一而足，下述仅列举一示范性灌注成型操作以显示该制造路线的可行性，但并非暗示其制造路线仅限于下述方法:①.01固定导线一端.02安装气凝胶颗粒溶液进料口 ；注:该进料口的详细描述参阅【*专利18】;②再把“超级绝热气凝胶微颗粒径向封装套管”同轴套在导线外面，并固定；③在导线一端安装过滤阀门，该阀门所用滤纸的孔径小于所用的“超级绝热气凝胶微颗粒”的直径；该阀门用于下述通过抽取气凝胶颗粒溶液进行灌注时阻隔气凝胶颗粒被移液泵吸走，该过滤阀门主要是为了用来过滤气凝胶颗粒溶液的溶剂；注:该过滤阀门的详细描述参阅【*专利18】。④.01固定导线另一端，并拉紧导线使得导线位于套管的中心轴线上02把“超级绝热气凝胶颗粒”(图2)倒入乙醇或丙酮或其它适用的液体以制作气凝胶颗粒稠溶液.03然后用移液泵从安装有过滤阀门处抽取，使得气凝胶颗粒溶液从“径向封装套管”的另一端向里灌注.04在“径向封装套管”的另一端底部安装有过滤纸以防气凝胶颗粒漏走；当“径向封装套管”被气凝胶颗粒灌满后，均匀振动导线以摇实管内气凝胶颗粒(颗粒振实)05如需要再补充灌注气凝胶颗粒，再重复颗粒振实步骤.06加热以促进溶剂蒸发以获得干燥的气凝胶颗粒包裹层。⑤拆下固定的导线；⑥安装“超级绝热气凝胶颗粒包裹层端面保护片”。
[0115]5.01.04实心包裹形态的“超级绝热电流导线”第二种制造路线
[0116]——气凝胶颗粒转移胶带包裹法
[0117]第二种制造路线如(图4)所示，用“超级绝热气凝胶颗粒膜(超级绝热气凝胶颗粒转移胶带纸)?*专利17】包裹电线(图4-1);包裹后形态如(图4-2)所示；最后采用诸如“可以耐受超正常温度的柔性聚合物薄膜”等材料包裹“超级绝热气凝胶微颗粒层”(图4-3)。采用“超级绝热气凝胶颗粒转移胶带纸”包裹电线这一制造路线方法简单，制造难度低，而且气凝胶包裹层的厚度可以简单用所包裹的圈数来控制，但转移胶带纸(双面胶带纸)工艺引入了相关胶体，胶体的使用一方面降低了气凝胶微颗粒包裹层的绝热效能，另一方面胶体的耐温性能问题亦反向影响产品的应用温区设计。值得指出的是，如(图4)所示的转移胶带的包裹方式也属于小量生产模式，且所造导线的长度受转移胶带宽度限制。为此我们开发与之相关的基于“气凝胶颗粒转移胶带包裹法”大规模生产方式【*专利19】。(图4-1)所示关于”超级绝热气凝胶颗粒转移胶带纸”物理细节描述请参阅【*专利17】。
[0118]5.01.05 “绝热悬挂”【*专利3】形态的“超级绝热电流导线”制造路线
[0119]—绝热悬挂-气凝胶颗粒灌注成型法
[0120]如(图5)所示，先用“绝热悬挂线”把常规导线按“立方悬挂”【*专利3】结构悬挂于刚性悬挂支架 _001，d1d2d3d4d5d6d7d8)上；其中 Dl、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8 是 8个绝热悬挂点，连接该8个点与导线的8条线是“绝热悬挂线”；针对专有应用场合，“绝热悬挂线”可以使用更高耐热指标的更高机械强度的人工合成超级纤维。其中可以选用的超级纤维有【*文献23~28】:①特氟龙纤维(Teflon?美国杜邦公司):聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene),简称 PTFE 或 F4。能胜任的工作温区是(-196°C ~+30CTC )【*文献25】；②芳纟仑纤维:芳香族聚酰胺纤维系列(Aramid fibers),材料无熔点，耐热温度400°C (m-Aramid),550°C (p-Aramid)【*文献28】；美国杜邦公司商品KEVLAR?凯芙拉-49纤维(聚对苯二甲酰对苯二胺，PPTA),美国DuPont公司商品Kevlar凯芙拉-29纤维(聚对苯甲酰胺纤维，PBA)【*文献26】，和美国DuPont公司商品“诺美克丝”NOMEX?聚间苯二甲酰间苯二胺【*文献27】；③最纶纤维:最纶纤维的化学构成是聚对苯撑苯并二A惡唑【poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole),简称PB0】。其商业化制造商为日本東洋紡公司(Toyobo)，商品名“最纶”Zylon?【*文献28】。最纶纤维耐热温度650°C，是所有有机纤维中耐热温度最高的纤维；④高性能聚合物纤维混紡线聚合物与无机物微米/纳米纤维束混紡线；聚合物表面覆层的金属或半导体氧化物微米/纳米纤维束；然后在该“刚性悬挂支架”与“导线”之间的空间填充“超级绝热气凝胶微颗粒”以完成基于“绝热悬挂”的“径向绝热封装”。
[0121](图5)所示的结构由于存在悬挂线而不适于大规模生产，为此我们开发了一种大规模生产“绝热悬挂”形态的“超级绝热电流导线”的方法:“绝热悬挂-气凝胶颗粒灌注成型法”【*专利20】。
[0122]5.02超级绝热导管的基本构造与制造工艺:以电流导线为例
[0123]上述制造路线以适于电流导线的材料、结构、应用的相关参数为基准而设计实施的，这一制造路线同样适于“超级绝热导管”的制造。例如，把导线中的内芯换成待“超级绝热封装”的导管(油管、气管、液管)，其它步骤都如同“超级绝热电流导线”的制造步骤。
[0124]5.03两种典型结构与示范性制造方法
[0125]“超级绝热导线、导管”的一个典型产品实例“超级绝热电流导线”的两种典型结构和三种示范性制造方法是具有通用性的。其两种典型结构是(I)实心包裹形态的“超级绝热电流导线”和(2)绝热悬挂形态的“超级绝热电流导线”;其三种示范性制造方法是用于制造实心包裹形态的“超级绝热电流导线”的(I) “气凝胶颗粒灌注成型法”和(2) “气凝胶颗粒转移胶带包裹法”;以及用于制造绝热悬挂形态的“超级绝热电流导线”的(3) “绝热悬挂-气凝胶颗粒灌注成型法”。【*注:这两种结构是几乎所有类型“超级绝热导线、导管”都可以采用的通用结构；这三种制造方法是几乎所有类型“超级绝热导线、导管”都可以采用的制造方法。——其“所有类型”指的是(I)形态、尺度、结构、材料各异的导线/管；(2)可以用来输运“特定物质或能量形态”的线型材料或管型材料，其可输运的“特定物质或能量形态”涉及:电 荷(电子、空穴、离子、极化的颗粒或结构实体)、等离子体、基本粒子、颗粒:胶超微颗粒溶液的毛细吸附作用以形成相
&开了一类采用“超级绝热材料”对“导线”、级绝热封装”技术及其具体实施方法；“径定的“超级绝热”性能而可以有效屏蔽“导5绝热导线、导管”适用于“超正常温度”环常温度在内的任何温度环境下的应用。来输运“特定物质或能量形态”的线型材料涉及:电荷(电子、空穴、离子、极化的颗粒(全同粒子)、热(声子)、光、机械波(声商体(超流态液氦)、胶体、凝聚体(凝聚态:的“超级绝热”的主要物理指标之一是在1热导率低于同环境条件下的空气的热导率；均低于同环境温度下空气的热导率。大致为75%及以上)我们往往称这样高多孔度的多孔结构材料为“气凝胶”。
[0136]5.06.06 “超级绝热导线、导管”所用“超级绝热气凝胶”的代表性实例是“颗粒直径范围约(0.1 μ m-100 μ m)的/具有超高多孔度(90^-99%)的/也即具有超低热导率的/超级绝热二氧化硅(SiO2)气凝胶颗粒或三氧化二铝(Al2O3)气凝胶颗粒”;非化学计量比的氧化硅(SixOy)和氧化铝(AlxOy)的超级绝热气凝胶颗粒同样适用。“超级绝热导线、导管”所优选的一类“多孔二氧化硅(SiO2)气凝胶颗粒”的热导率可以低至0.012-0.019W/m.K，其对应的结构材料密度为0.170-0.228g/cm3，对应的多孔度为(92.3% -89.6% );多孔度89.6%的二氧化硅气凝胶颗粒的热导率已经低于环境温度300K(27°C )时空气的热导率0.026ff/m.K ;而多孔度为92.3%的二氧化硅气凝胶颗粒的热导率为0.012ff/m.K，该数值甚至低于温度为-100°C空气的热导率0.0158ff/m.K。
[0137]5.06.07 “超级绝热导线、导管”所可以使用的其它可用以实现“超级绝热”的“超
级绝热气凝胶”包括所有金属氧化物气凝胶、半导体氧化物气凝胶、合金氧化物气凝胶、无机盐气凝胶、金属氢氧化物气凝胶、聚合物气凝胶、聚合物-无机物复合气凝胶、以及上述材料的混合/化合/复合结构气凝胶:
[0138](甲)“超级绝热氧化物气凝胶”可以用作“超级绝热导线、导管”所用的“超级绝热材料”，其典型实例包括:(一)相对安全的材质=Cr2O3气凝胶、Fe3O4气凝胶、Rh2O3气凝胶、IrO2气凝胶、WO3气凝胶、MgO气凝胶、Li2O气凝胶、Ga2O3气凝胶、In2O3气凝胶；(二)贵重金属材质=PdO气凝胶、PtO气凝胶、Au2O3气凝胶、Ag2O气凝胶；(三)危险材质(毒、腐蚀、刺激性、或存在室温条件下的危险反应)=Co2O3气凝胶、CoO气凝胶、BeO气凝胶、V2Os气凝胶、NiO气凝胶、Ni2O3气凝胶、CdO气凝胶、BaO气凝胶、MoO3气凝胶、RuO2气凝胶、PbO气凝胶、Tl2O3气凝胶、HgO气凝胶、As2O3气凝胶、As2O5气凝胶、ZrO2气凝胶、SeO2气凝胶、SeO3气凝胶、SrO凝胶、Nb2Os气凝胶、CuO气凝胶、Cu2O气凝胶、MnO2气凝胶、MnO气凝胶、CaO气凝胶、ZnO气凝胶、TiO2气凝胶、Na2O气凝胶、Sc2O3气凝胶、Y2O3气凝胶、Ta2O5气凝胶、FeO气凝胶、Fe2O3气凝胶、TeO2气凝胶、Bi2O3气凝胶、SnO2气凝胶、GeO2气凝胶；(四)稀有、贵重或放射性材质(La系与Ac系材质):La2O3气凝胶、Ac2O3气凝胶、Ce2O3气凝胶、CeO2气凝胶、ThO2气凝胶、Pr2O3气凝胶、Pa2O3气凝胶、PaO2气凝胶、PaO气凝胶、Nd2O3气凝胶、UO2气凝胶、Pm2O3气凝胶、NpO2气凝胶、Sm2O3气凝胶、PuO2气凝胶、Eu2O3气凝胶、AmO2气凝胶、Gd2O3气凝胶、Cm2O3气凝胶、Tb2O3气凝胶、Bk2O3气凝胶、Dy2O3气凝胶、Cf2O3气凝胶、Ho2O3气凝胶、Er2O3气凝胶、Tm2O3气凝胶、Yb2O3气凝胶、Lu2O3气凝胶；
[0139](乙)“超级绝热多元复合氧化物气凝胶”可以用作“超级绝热导线、导管”所用的“超级绝热材料”，其典型实例包括:“铝镁合金氧化物气凝胶”(AlxMgyOz)，“铁铝合金氧化物气凝胶” (FexAlyOz);硅酸盐系列:“铝硅合金氧化物气凝胶” (AlxSiyOz)、“铝镁硅合金氧化物气凝胶”(AlMgxSiyOz)、或“钙镁硅合金氧化物气凝胶” Ca0.3Mg0.4Si02 (CaMg3Si4O12)；
[0140](丙)“超级绝热氢氧化物气凝胶”可以用作“超级绝热导线、导管”所用的“超级绝热材料”，其典型实例包括:A1 (OH) 3气凝胶、Zn (OH) 2气凝胶、Mg (OH) 2气凝胶、Fe (OH) 3气凝胶、Ni (OH)2 气凝胶、Cu (OH)2 气凝胶、AlxSix (OH)z 气凝胶、AlxNix (OH)z 气凝胶、AlMgxSix (OH)z气凝胶、CaMgxSix(OH)气凝胶；
[0141](丁)“超级绝热硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐气凝胶”可以用作“超级绝热导线、导管”所用的“超级绝热材料”，其典型实例包括=Al2 (SO4) 3气凝胶、AlPCV5气凝胶(低多孔度的材料通常称为分子筛)、FexAlyPCV5气凝胶。
[0142]5.06.08本发明公开了 “超级绝热导线、导管”的一个典型产品实例“超级绝热电流导线”的两种典型结构和三种示范性制造方法:两种典型结构是(I)实心包裹形态的“超级绝热电流导线”和(2)绝热悬挂形态的“超级绝热电流导线”;三种示范性制造方法是用于制造实心包裹形态的“超级绝热电流导线”的(I) “气凝胶颗粒灌注成型法”和(2) “气凝胶颗粒转移胶带包裹法”;以及用于制造绝热悬挂形态的“超级绝热电流导线”的(3) “绝热悬挂-气凝胶颗粒灌注成型法”;这两种结构和三种制造方法适用于几乎所有类型“超级绝热导线、导管”。
[0143]*注:其“所有类型”指的是(I)形态、尺度、结构、材料各异的导线/管；(2)可以用来输运“特定物质或能量形态”的线型材料或管型材料，其可输运的“特定物质或能量形态”涉及:电荷(电子、空穴、离子、极化的颗粒或结构实体)、等离子体、基本粒子、颗粒集合体(全同粒子)、热(声子)、光、机械波(声波)、电磁波、电场、磁场、电磁场、液体、气体、超流体(超流态液氦)、胶体、凝聚体(凝聚态物质)、有限体积的真空几乎所有类型超级绝热导线/管”的“几乎”指的是可能存在“有别于本发明所定义的超级绝热导线/管”的特例。
[0144]5.06.09本发明所公开的“超级绝热导线、导管”的一个典型产品实例“超级绝热电流导线”的两种典型结构和三种示范性制造方法可以不加改变地用于制造“超级绝热光纤”，这是本发明所优选的第二个典型产品实例。
[0145]5.06.10本发明公开了一种“超级绝热电流导线”所用的“超级绝热二氧化硅气凝胶颗粒”制造方法:用“超高多孔度的二氧化硅气凝胶块材”为原材料经“标准程序的“剪切破碎/初级筛选/初级球磨/更细筛选/更细球磨/…”，直至获得满足设计要求的气凝胶颗粒，其通常所用颗粒的典型直径在(IOOnm-1OOym)范围。
[0146]6.引用的专利或专利申请书
[0147]【*专利I】襥琳，施毅，张荣，郑有蚪。《超级绝热导线、导管》。中国发明专利申请，2013 年。
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[0150]【*专利4】濮琳，施毅，张荣，郑有蚪。《绝热悬挂电池:基于绝热悬挂的绝热二次电池》。中国发明专利申请，2013年。
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[0152]【*专利6】濮琳，施毅，张荣，郑有蚪。《绝热悬浮电池:基于绝热悬浮的绝热二次电池》。中国发明专利申请，2013年。
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[0164]【*专利18】濮琳，施毅，张荣，郑有蚪。《超级绝热导线的一种大规模制造方法:气凝胶颗粒灌注成型法》。中国发明专利申请，2013年。
[0165]【*专利19】濮琳，施毅，张荣，郑有蚪。《超级绝热导线的一种大规模制造方法:气凝胶颗粒转移胶带包裹法》。中国发明专利申请，2013年。
[0166]【*专利20】濮琳，施毅，张荣，郑有蚪。《超级绝热导线的一种大规模制造方法:绝热悬挂-气凝胶颗粒灌注成型法》。中国发明专利申请，2013年。
[0167]7.参考文献与注释
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【权利要求】
1.本发明《超级绝热导线、导管》公开了一类采用“超级绝热材料”对“导线”、“导管”实施“超级绝热”保护的通用性“径向超级绝热封装”技术及其具体实施方法；“径向超级绝热封装”使得该“导线”、“导管”具备一定的“超级绝热”性能而可以有效屏蔽“导线”、“导管”与周边环境的热交换而使得该“超级绝热导线、导管”适用于“超正常温度”环境下的应用、以及相关超高精度系统的在包括正常温度在内的任何温度环境下的应用。
2.“导线”、“导管”指的是可以用来输运“特定物质或能量形态”的线型材料或管型材料，其可输运的“特定物质或能量形态”涉及:电荷(电子、空穴、离子、极化的颗粒或结构实体)、等离子体、基本粒子、颗粒集合体(全同粒子)、热(声子)、光、机械波(声波)、电磁波、电场、磁场、电磁场、液体、气体、超流体(超流态液氦)、胶体、凝聚体(凝聚态物质)、有限体积的真空。
3.“超级绝热导线、导管”所指称的“超级绝热”的主要物理指标之一是在I标准大气压下环境温度27°C时所用绝热材料的热导率低于同环境条件下的空气的热导率；进一步更加要求在其所工作的温区内，其热导率均低于同环境温度下空气的热导率。
4.“超级绝热导线、导管”所指称的“超正常温度”有如下基于实用层面的约定:其一，以人居地表环境的常规温度为参照，我们约定-50°C以下的环境温度为超正常低温，大于+50°C以上的环境温度为超正常高温；其二，以大气层外空间及宇宙深空的环境温度为参照，我们定义-200°C至_270°C以下的环境温度为超正常低温；其三，约定金属铝熔点+660.37°C至金属铁熔点+1538°C为人居地表环境的超正常高温。
5.本发明技术路线所优选的赖以实现“径向超级绝热封装”的“超级绝热材料”特指在应用环境下呈固态的、几乎所有种类的具有超高多孔度的且具有超低热导率的“多孔结构材料”。具体来说，构成多孔结构材料的材质可以是(一)固态无机物的单质、合金、化合物、混合物；(二)固态有机物的聚合物(合成纤维或多孔工程塑料等)、混合物、复合物(无机物与有机物的复合)；(三)上述这些材料的混合/化合/复合物；(四)以及所有上述材料所对应的人工微结构材料；当多孔结构材料的多孔度大到一定阈值后(通常大致为75%及以上)我们往往称这样高多孔度的多孔结构材料为“气凝胶”。
6.“超级绝热导线、导管”所用“超级绝热气凝胶”的代表性实例是“颗粒直径范围约(0.1 μ m-100 μ m)的/具有超高多孔度(90%-99% )的/也即具有超低热导率的/超级绝热二氧化硅(SiO2)气凝胶颗粒”或三氧化二铝(Al2O3)气凝胶颗粒”;非化学计量比的氧化硅(SixOy)和氧化铝(AlxOy)的超级绝热气凝胶颗粒同样适用。“超级绝热导线、导管”所优选的一类“多孔二氧化硅(SiO2)气凝胶颗粒”的热导率可以低至0.012-0.019W / m-K,其对应的结构材料密度为0.170-0.228g / cm3，对应的多孔度为(92.3% -89.6% );多孔度89.6%的二氧化硅气凝胶颗粒的热导率已经低于环境温度300K(27°C )时空气的热导率0.026W / m.K ;而多孔度为92.3%的二氧化硅气凝胶颗粒的热导率为0.012W / m.K，该数值甚至低于温度为-100°C空气的热导率0.0158W / m.K。
7.“超级绝热导线、导管”所可以使用的其它可用以实现“超级绝热”的“超级绝热气凝胶”包括所有金属氧化物气凝胶、半导体氧化物气凝胶、合金氧化物气凝胶、无机盐气凝胶、金属氢氧化物气凝胶、聚合物气凝胶、聚合物-无机物复合气凝胶、以及上述材料的混合/化合/复合结构气凝胶: (甲)“超级绝热氧化物气凝胶”可以用作“超级绝热导线、导管”所用的“超级绝热材料”，其典型实例包括:(一)相对安全的材质=Cr2O3气凝胶、Fe3O4气凝胶、Rh2O3气凝胶、IrO2气凝胶、WO3气凝胶、MgO气凝胶、Li2O气凝胶、Ga2O3气凝胶、In2O3气凝胶；(二)贵重金属材质:PdO气凝胶、PtO气凝胶、Au2O3气凝胶、Ag2O气凝胶；(三)危险材质(毒、腐蚀、刺激性、或存在室温条件下的危险反应)=Co2O3气凝胶、CoO气凝胶、BeO气凝胶、V2O5气凝胶、NiO气凝胶、Ni2O3气凝胶、CdO气凝胶、BaO气凝胶、MoO3气凝胶、RuO2气凝胶、PbO气凝胶、Tl2O3气凝胶、HgO气凝胶、As2O3气凝胶、As2O5气凝胶、ZrO2气凝胶、SeO2气凝胶、SeO3气凝胶、SrO凝胶、Nb2O5气凝胶、CuO气凝胶、Cu2O气凝胶、MnO2气凝胶、MnO气凝胶、CaO气凝胶、ZnO气凝胶、TiO2气凝胶、Na2O气凝胶、Sc2O3气凝胶、Y2O3气凝胶、Ta2O5气凝胶、FeO气凝胶、Fe2O3气凝胶、TeO2气凝胶、Bi2O3气凝胶、SnO2气凝胶、GeO2气凝胶；(四)稀有、贵重或放射性材质(La系与Ac系材质):La203气凝胶、Ac2O3气凝胶、Ce2O3气凝胶、CeO2气凝胶、ThO2气凝胶、Pr2O3气凝胶、Pa2O3气凝胶、PaO2气凝胶、PaO气凝胶、Nd2O3气凝胶、UO2气凝胶、Pm2O3气凝胶、NpO2气凝胶、Sm2O3气凝胶、PuO2气凝胶、Eu2O3气凝胶、AmO2气凝胶、Gd2O3气凝胶、Cm2O3气凝胶、Tb2O3气凝胶、Bk203气凝胶、Dy2O3气凝胶、Cf2O3气凝胶、Ho2O3气凝胶、Er2O3气凝胶、Tm2O3气凝胶、Yb2O3气凝胶、Lu2O3气凝胶； (乙)“超级绝热多元复合氧化物气凝胶”可以用作“超级绝热导线、导管”所用的“超级绝热材料”，其典型实例包括:“铝镁合金氧化物气凝胶”(AlxMgyOz)，“铁铝合金氧化物气凝胶” (FexAlyOz);硅酸盐系列:“铝硅合金氧化物气凝胶” (AlxSiyOz)、“铝镁硅合金氧化物气凝胶”(AlMgxSiyOz)、或“钙镁硅合金氧化物气凝胶” Ca0.3Mg0.4Si02 (CaMg3Si4O12)； (丙)“超级绝热氢氧化物气凝胶”可以用作“超级绝热导线、导管”所用的“超级绝热材料”，其典型实例包括:A1 (OH) 3气凝胶、Zn (OH) 2气凝胶、Mg (OH) 2气凝胶、Fe (OH) 3气凝胶、Ni (OH)2 气凝胶 、Cu(OH)2 气凝胶、AlxSix(OH)z 气凝胶、AlxNix(OH)z 气凝胶、AlMgxSix(OH)z 气凝胶、CaMgxSix (OH)气凝胶； (丁)“超级绝热硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐气凝胶”可以用作“超级绝热导线、导管”所用的“超级绝热材料”，其典型实例包括=Al2 (SO4) 3气凝胶、AlPCV5气凝胶(低多孔度的材料通常称为分子筛)、FexAlyPCV5气凝胶。
8.本发明公开了“超级绝热导线、导管”的一个典型产品实例“超级绝热电流导线”的两种典型结构和三种示范性制造方法:两种典型结构是(I)实心包裹形态的“超级绝热电流导线”和(2)绝热悬挂形态的“超级绝热电流导线”;三种示范性制造方法是用于制造实心包裹形态的“超级绝热电流导线”的⑴“气凝胶颗粒灌注成型法”和⑵“气凝胶颗粒转移胶带包裹法”;以及用于制造绝热悬挂形态的“超级绝热电流导线”的⑶“绝热悬挂-气凝胶颗粒灌注成型法”;这两种结构和三种制造方法适用于用于几乎所有类型“超级绝热导线、导管”。 *注:其“所有类型”指的是(I)形态、尺度、结构、材料各异的导线/管；(2)可以用来输运“特定物质或能量形态”的线型材料或管型材料，其可输运的“特定物质或能量形态”涉及:电荷(电子、空穴、离子、极化的颗粒或结构实体)、等离子体、基本粒子、颗粒集合体(全同粒子)、热(声子)、光、机械波(声波)、电磁波、电场、磁场、电磁场、液体、气体、超流体(超流态液氦)、胶体、凝聚体(凝聚态物质)、有限体积的真空；“几乎所有类型超级绝热导线/管”的“几乎”指的是可能存在“有别于本发明所定义的超级绝热导线/管”的特例。
9.本发明所公开的“超级绝热导线、导管”的一个典型产品实例“超级绝热电流导线”的两种典型结构和三种示范性制造方法可以不加改变地用于制造“超级绝热光纤”，这是本发明所优选的第二个典型产品实例。
10.本发明公开了一种“超级绝热电流导线”所用的“超级绝热二氧化硅气凝胶颗粒”制造方法:用“超高多孔度的二氧化硅气凝胶块材”为原材料经“标准程序的“剪切破碎/初级筛选/初级球磨/更细筛选/更细球磨/…”，直至获得满足设计要求的气凝胶颗粒，其通常所用颗粒的典型直径在(IOOnm-1OOym)范围。
【文档编号】F16L59/02GK103836304SQ201310430599
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】濮琳, 施毅, 张 荣, 郑有炓 申请人:苏州源正热伏有限公司