接热水的时候，大家有没有思考过这个问题：为什么用玻璃杯接热水这么烫手，保温杯却能既不烫手又保温呢？
不仅如此，还有一种神奇的材料——隔热瓦，它被加热到1200度后，还能直接用手拿。这些物品为什么会有这么大的差异呢？
图源：某视频网站
01、为什么玻璃杯烫手，保温杯不烫手？
玻璃杯烫手，是因为玻璃是热的良导体。玻璃的微观结构比较紧密，内部的硅氧四面体等结构单元虽然没有像晶体那样规则排列，但也能形成连续的网络结构，热量可以沿着这个网络结构快速传播。所以当高温的热水与杯子接触时，热量会迅速通过杯壁传导，我们碰到杯子时就会觉得很烫。
图源：摄图网
保温杯既不烫手又能保温，主要得益于它独特的结构设计和材料选择。
保温杯主要由内胆、外壳和中间的真空层组成。中间的真空绝热层是保温杯保温和不烫手的关键所在。真空是一种不存在任何物质粒子（分子、原子等）的空间状态，由于没有物质粒子，热量无法通过热传导的方式在真空层中传递。
热辐射是热量传递的另一种方式，它不需要介质，可以通过电磁波的形式传播。保温杯的内胆通常采用不锈钢等金属材料，外壳一般也是金属材质，内胆和外壳表面会有一些镀膜或涂层。这种特殊的材料表面处理可以进一步减少热辐射的传递，所以我们触摸保温杯的外壳时不会感觉很烫[1]。
图源：参考文献[1]
02、“隔热瓦”为什么1200度烤红后，还能直接用手拿？
隔热瓦是由陶瓷、纤维等耐高温材料制成的板材，用于阻隔热量传递，通常采用一些特殊的陶瓷材料或者复合材料。例如，陶瓷基复合材料，以陶瓷为基体，然后在其中加入一些增强相，这些增强相可以是纤维，如碳纤维等。陶瓷本身就具有一定的耐高温和隔热的性能，加入碳纤维之后，材料性能可以得到进一步提升。碳纤维具有高强度、低密度和良好的导热性能，当它与陶瓷结合时，可以在一定程度上阻止热量在陶瓷中的传导[2]。
图源：腾讯网
从热传导方面来看，隔热瓦中的陶瓷基体和增强相之间存在界面。这个界面可以散射热量传播的声子（热量在固体中传播的一种量子化形式），使得热量在材料内部传导时会被不断散射，从而降低材料的热导率。同时，由于材料的微观结构比较复杂，热量在其中的传播路径会变得曲折，不像在普通材料中那样直接，也会降低热量的传递效率。
图源：参考文献[3]
从热辐射方面来说，隔热瓦的表面可能经过特殊处理，例如涂上一些低辐射率的涂层。这种涂层可以反射大部分的热辐射，减少隔热瓦自身吸收的热量。不仅如此，隔热瓦内部的材料结构对热辐射也有一定的吸收和散射作用，进一步降低热辐射传递的热量[3-4]。
图源：某视频网站
03、“隔热瓦”有哪些应用？
隔热瓦以其神奇的隔热性能，在众多领域发挥着不可替代的作用。比如在航天领域，当航天飞行器返回地球大气层时，由于高速摩擦，飞行器表面会产生极高的温度（可达1650℃甚至更高），飞行器表面的隔热瓦可以将外界的高温与飞行器内部隔离开来，确保内部温度保持在合适的范围内，保护飞行器内部的仪器设备和航天员的安全。
图源：NASA
在一些高温工业设备中，如冶金炉、玻璃熔炉等，隔热瓦可以用于炉壁的隔热。通过在炉壁上安装隔热瓦，可以减少热量的散失，降低燃料的消耗，提高能源的利用效率。同时，隔热瓦还可以减少高温辐射对工人和周围设备的影响，改善工作环境。
图源：中信重工
在汽车发动机等高温部件周围，隔热瓦也有一定的应用。汽车发动机在工作时会产生大量的热量，如果这些热量不能得到有效的控制，会影响发动机的性能和寿命。隔热瓦可以将发动机产生的热量与汽车的其他部件隔离开来，既有助于提高发动机的热效率，也可以防止热量传递到汽车的驾驶舱，提高驾驶的舒适性。
随着科学技术的不断发展，隔热瓦的性能还将不断提高，它的应用领域也将不断扩大。
参考文献
[1]宋世奇. 一种保温杯及其制作方法:CN201010545440.7[P]. 2011-06-22.
[2]王康太,冯坚,姜勇刚,等. 陶瓷纤维刚性隔热瓦研究进展[J]. 材料导报,2011,25(23):35-39.
[3] 兰志丹,任伟敏,安楠,等. 陶瓷纤维隔热瓦及其高发射涂层的研究进展[J]. 硅酸盐通报,2023,42(12):4465-4474.
[4] 李奕臻,朱时珍,王辉,等. 碳基陶瓷隔热瓦表面高发射耐烧蚀抗氧化涂层的制备及性能[J]. 稀有金属材料与工程,2020,49(2):533-539.
作者：许燕，复旦大学材料学在读博士
策划&编辑：小叮当
鸣谢：苏州科技大学材料科学与工程学院 教授 马汝广 为本文提供科学指导
上海市科委科普项目资助（项目编号：24DZ2304000）
主题测试文章，只做测试使用。发布者：参考消息网，转转请注明出处：https://www.cns1952.com/gov/9018.html
