Перенос тепла в изоляционных материалах мало зависит от их химического состава и определяется их структурой, т. е. формой частиц (волокна, зерна), объемом пор между частицами и внутри них, распределением пор по размерам.
Материалы, применяемые для низкотемпературной теплоизоляции, имеют мелкодисперсную структуру. Наиболее тонкой структурой обладают порошкообразные материалы, основой которых является двуокись кремния.
Распределение пор по размерам характеризуется дифференциальными и интегральными структурными кривыми. На рис. 1 приведены дифференциальные структурные кривые образцов аэрогеля кремниевой кислоты. Цифры на кривых соответствуют номерам образцов в таблице.
Кривые были рассчитаны на основе теории капиллярной конденсации по изотермам адсорбции метилового спирта. Величина наиболее вероятного радиуса пор r, соответствующего максимуму на кривых, находится в пределах 7–9 нм (70–90 А°). У аэрогеля, получаемого сжиганием четыреххлористого кремния в среде водорода, максимум приходится на поры радиусом 12–13 нм.
Объем микропор аэрогеля, имеющих радиус менее 0,1 мкм, сравнительно невелик и составляет 15–25 % от общего объема пор. Однако именно эти поры определяют свойства аэрогеля как наиболее эффективного теплоизоляционного материала и образуют развитую поверхность, составляющую несколько сотен квадратных метров в 1 г материала. Данные, характеризующие структуру аэрогеля, приведены в таблице.
Значения среднего радиуса r микропор определялись по формуле:
r = 2V/S,
где: V — объем микропор;
S — поверхность всех пор.
Вычисленный таким образом средний радиус лишь в 1,5–2 раза больше наиболее вероятного радиуса пор r. Это показывает, что почти вся измеренная поверхность образована микропорами.
Порошки двуокиси кремния, полученные разными способами, имеют резко различающуюся структуру. При этом все они содержат 30–50 % по объему пор радиусом менее 1 мкм.
Удельная поверхность большинства этих порошков превышает 100 м2/г.