一、课题来源与背景: 广东省地处夏热冬暖气候地区，太阳辐射强，建筑维护结构的遮阳和隔热是降低广东省建筑空调能耗的重要措施。因此，发展高性能隔热材料及其建筑节能应用技术对于广东省的节能减排和可持续发展具有重要的意义，有助于广东省实现“十二五”节能减排目标以及“幸福广东”建设目标。本项目针对夏热冬暖地区气候特点，聚焦建筑和工业领域的隔热保温和节能应用需求，开展了高性能微纳结构绝热材料制备与调控、传导和辐射传热耦合的导热系数模型及其优化方法、气凝胶绝热板应用于建筑墙体的热工动态性能等研究工作。项目属于广东省自然科学基金。 基于以上研究，在项目资助下，发表研究论文28篇，其中SCI论文9篇；申请专利13项（其中发明专利11项），其中授权发明专利4项；由科学出版社出版专著1部；研究成果获省部级科技奖励二等奖2项、广州市科学技术一等奖1项，中国专利奖优秀奖1项；培养硕士研究生11人、博士后2人，新增正高1人、副高2人，组织全国学术会议1次。

    二、技术原理及性能指标: 基于建筑和工业领域的热能高效利用，项目采用静电纺丝、逐层自组装、溶胶-凝胶等制备技术，在静电纺微纳米纤维表面逐层组装TiO2纳米颗粒，并以其作为气凝胶的增强增韧相和遮光相，构建基于TiO2@电纺纤维/SiO2气凝胶的微纳结构材料体系；研究新型微纳结构气凝胶复合材料的制备方法，实验表征材料组成、形貌、孔径等结构参数，测试材料红外透射率、总体热导率等物性参数，研究制备工艺与材料结构和性能间的影响关系。根据辐射理论和材料微观结构参数，建立微纳结构气凝胶复合材料的有效热导率模型，发展跨尺度气固耦合的有效热导率计算方法；基于有效热导率计算模型，研究物性参数和结构参数对材料热导率的影响，以最小热导率目标，对材料结构参数和热传递规律进行优化和探索，并研究气凝胶微纳结构绝热材料在建筑节能中的应用。

    三、技术的创造性与先进性: 1、提出并制备出了一种基于纳米TiO2@微纳米电纺纤维/SiO2气凝胶的新型微纳结构复合材料体系。采用静电纺丝和逐层自组装方法，利用三乙烯四胺盐对纳米TiO2吸附作用，把直径约20 nm的TiO2颗粒逐层组装到电纺聚偏氟乙烯（PVDF）微纳米纤维表面，成功制备出基于纳米TiO2/微纳米PVDF电纺纤维的微纳结构复合材料。基于以上电纺纤维的制备工艺，实验调控制备了3种不同纤维直径的电纺PVDF纤维，并以其为支撑和增强材料，采用溶胶-凝胶和常压干燥方法制备了电纺纤维/SiO2气凝胶微纳结构复合材料。 2、表征了TiO2@电纺纤维/SiO2气凝胶材料体系的结构与组成。建立了材料体系的组成、形貌、孔径等结构的测试和评价方法，表征TiO2参数（含量、颗粒尺寸、形貌和组装厚度等）、电纺纤维参数（含量、直径、排列等）及气凝胶参数（颗粒尺寸、孔径分布）等复合材结构的影响。 3、实验测试了TiO2@电纺纤维/SiO2气凝胶材料体系的热物理性能，建立了反演计算方法，获得了新型微纳结构气凝胶复合材料的光谱消光系数等光学基本参数，并研究了结构参数对其热辐射性能的影响关系。 4、考虑多物相材料中气相和固相耦合效应，发展了新型微纳结构气凝胶复合材料总体热导率模型及其计算方法。基于材料结构表征和热物理性能测试实验，发展了纤维/气凝胶二元复合材料总体热导率计算模型。研究结果表明同时优化纤维含量和纤维直径具有最小总体热导率0.0170 W/(m·K)。基于优化结果，进一步发展了TiO2@电纺纤维/SiO2气凝胶材料三元体系的计算方法，通过与实验测试热导率对比，发现它们的偏差在8%以内，验证了热导率模型的可靠性。 5、通过结构设计和性能优化，获得了TiO2@电纺纤维/SiO2气凝胶材料体系的最优微纳结构参数。基于三元热导率模型，预测了TiO2@电纺纤维/SiO2气凝胶材料体系的热导率，并以热导率最小为目标优化了结构参数。结果表明900 K时气凝胶复合材料中继续加入遮光剂含量0.2，可大幅降低总体热导率并获得约52%的隔热优化效果。通过优化获得了300 K时TiO2@电纺纤维/SiO2气凝胶材料体系最优的组分配比为0.1、0.05和0.85，此时总体热导率仅为0.0185 W/(m·K)。揭示了三元气凝胶材料的热导率耦合效应。

    四、技术的成熟程度，适用范围和安全性以及应用情况: 1、本项目成果可用于工业、建筑等领域的绝热节能应用，通过本项目研究在新型高性能超级绝热材料及其工艺制备技术申报并获得了自主知识产权，在建筑和工业领域的隔热保温和节能应用领域具有良好产业化前景。 2、本项目在新型高性能气凝胶绝热复合材料的体系设计和制备方法、跨尺度多物相复合材料的热物理性能和热传递规律方面获得了相关的计算模型和理论支撑，可为相关材料制备方法、热物理性能和热传递理论研究提供借鉴。 3、本项目的理论研究成果用于指导微纳尺度柔性超级绝热材料的结构设计与性能优化，促进气凝胶复合绝热材料在工业、建筑等领域的节能应用，具有明确的实际应用前景和重要的节能与环保价值，对于解决世界范围内能源紧缺以及能源利用所带来的环境问题具有推动和应用前景。

    五、历年获奖情况: 2014年：河南省科学技术进步二等奖 2017年：广东省科学技术二等奖 2016年：广州市科学技术进步一等奖。