1.本发明《绝热悬挂》公开了一种基于“结构绝热”原理的“超级绝热”技术，它通过对绝热材料、热学结构、力学结构、应用功能的协同设计以构建具有充分机械强度的“超级绝热结构”。
2.基于“绝热悬挂”的“超级绝热结构”的特征要素包括：(一)“超级绝热材料”(二氧化硅气凝胶或三氧化二铝气凝胶等)；(二)“绝热悬挂线”(芳纶或最纶纤维、二氧化硅悬梁、金属弹簧等)；(三)“绝热悬挂结构”(正四棱锥悬挂、立方悬挂、面心立方悬挂、费马-托里拆利悬挂、斯坦纳悬挂等；(四)“绝热悬挂支架”(表面氧化覆层的金属壳体、聚合物工程塑料)；(五)“热短路结构(均热薄膜)”(高导热石墨颗粒膜或铜箔、银箔所构成的均热薄膜)。
3.基于“绝热悬挂”的“超级绝热结构”具有经过设计的机械强度和绝热参数，该结构通过使用典型的悬挂／支撑／固定结构，把绝热、悬挂和支撑三个要素功能分别由不同的材料及其结构模块来实现：其一，用“超级绝热材料”来实现“超级绝热”功能；其二，需要被绝热的模块被“绝热悬挂线”按“优化路径”悬挂于“刚性支撑框架”上；其三，用刚性材料与结构来实现系统模块的支撑与固定；其四，用“热短路结构”中的“均热薄膜”屏蔽被悬挂物体的微结构差异所导致的悬挂点及其邻域的非均衡热场分布，并且也均衡了悬挂线不等长所造成的热交换当量的差异。
4.基于“绝热悬挂”的“超级绝热结构”旨在实现对“被绝热悬挂的目标物本身及其工作状态”的一种适于应对“周边环境或系统”的“超正常低温或高温”的有效的“绝热维持与保护”；该“绝热维持与保护”的有效性内涵是指通过应用“绝热悬挂”而使得目标物可以安全地在“预设的、需要的或所能接受的时限内”持续并正常地静置或工作于具有“超正常温度”的周边环境或系统中。
*注：就人类活动所使用的物品而言，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℃以下的环境温度为超正常低温，大于+50℃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℃至-270℃以下的环境温度为超正常低温；其三，约定金属铝熔点+660.37℃至金属铁熔点+1538℃为人居地表环境的超正常高温。
5.“绝热悬挂”所指称的“超级绝热材料”及其赖以所实现的“超级绝热”有明确定义：
“绝热悬挂”所用的“超级绝热材料”是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；也就是说，本发明所指称的“超级绝热”的主要物理指标之一是在1标准大气压下环境温度27℃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。
6.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)我们往往称这样高多孔度的多孔结构材料为“气凝胶”。
7.“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;在一些场合，这类金属可以用作“均热薄膜”。
*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)。
8.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。
9.“绝热悬挂”所优选的“超级绝热气凝胶”的具体实例是“颗粒直径范围约
(0.1μm-5mm)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)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。
10.“绝热悬挂”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／
3 3
厘米 (g／cm)，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℃)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0.012-瓦／米·开尔文(W／m·K)，该数值甚至低于温度为-100℃空气的热导率0.0158瓦／米·开尔文(W／m·K)。
11.“绝热悬挂”所用的“超级绝热气凝胶”的典型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。
12.除SiO2气凝胶和Al2O3气凝胶之外，其它具有超高多孔度的“超级绝热氧化物气凝胶”也可以用作“绝热悬挂”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)：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。
13.具有超高多孔度的“超级绝热多元复合氧化物气凝胶”也可以用作“绝热悬挂”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”CaO·3MgO·4SiO2(CaMg3Si4O12)。
14.具有超高多孔度的“超级绝热氢氧化物气凝胶”也可以用作“绝热悬挂”所用的“超级绝热材料”，其典型实例包括：Al(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。
15.具有超高多孔度的“超级绝热硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐气凝胶”也可以用作“绝热悬挂”所用的“超级绝热材料”，其典型实例包括：Al2(SO4)3气凝胶、AlPO4-5气凝胶(低多孔度的材料通常称为分子筛)、FexAlyPO4-5气凝胶。
16.“绝热悬挂”所用的“绝热悬挂线”包括“绝热的悬挂线”和“不绝热的悬挂线”两类，本发明优选的“绝热的悬挂线”实例包括以下五类高性能纤维但并不仅限于这五类纤维材料：(一)直径为微米至纳米尺度的无机物纤维束，例如SiO2微米／纳米线束、Al2O3微米／纳米线束、石棉纤维纺线、玻璃纤维纺线、其它陶瓷纤维纺线；(二)高性能聚合物纤维：天然聚合物纤维、聚苯乙烯纤维、尼龙纤维 特
氟龙纤维 芳纶纤维、凯芙拉纤维 诺美克丝纤维
最纶纤维 (三)高性能聚合物纤维混纺线；(四)聚
合物与无机物微米／纳米纤维束混纺线;(五)聚合物表面覆层的金属或半导体氧化物微米／纳米纤维束：例如表层包覆聚乙烯或聚苯乙烯或聚苯胺的SiO2微米／纳米线；本发明优选的“不绝热的悬挂线”包括金属弹簧、金属线、纳米碳纤维线(纳米碳管、碳纤维)；以及基于微纳电子工艺的人工微结构材料。
17.“绝热悬挂”所用的“绝热悬挂结构”即“绝热悬挂”所优选的“绝热悬挂路径”包括“正三角形悬挂“、“正四棱锥悬挂”、“接近最优的正四棱锥悬挂”、“立方悬挂”、“面心悬挂”、“面心-棱锥悬挂”、“面心-三角悬挂”、“费马-托里拆利(Fermat-Torricelli)悬挂”、“斯坦纳(Steiner)悬挂”。
18.“绝热悬挂”所用的“绝热悬挂支架”包括：(一)常用尺度下的表面氧化铝覆层的铝合金壳体；(二)其它表面钝化的金属壳体；(三)陶瓷材料壳体；(四)工程塑料；(五)人工合成材料；(六)基于微纳电子工艺的通过刻蚀辅助衬底材料或通过其它薄膜沉积工艺所制备的基于膜结构范式的悬架，该悬架的典型尺度依据相关微纳电子工艺规范。
19.“绝热悬挂”所用的“热短路结构”中的“均热薄膜”是热导率“无限大”(κ→∞)的导热膜层，这一高导热膜层可以在极短的时间内(Δt→0)实现整个膜面的热平衡，它可以彻底屏蔽被悬挂物体的微结构差异所导致的悬挂点及其邻域的非均衡热场分布，并且也均衡了悬挂线不等长所造成的热交换当量的差异，这一性能使得“绝热悬挂”技术路线具有极强的容错性；而通过应用这一技术原理所定义的“均热薄膜”，使得按工业化模式大规模生产基于“绝热悬挂”的相关产品成为可能。
20.“绝热悬挂”及其所用的“热短路结构”中的“均热薄膜”是确保基于“微纳电子工艺”制造的集成于系统集成芯片上的“绝热探测与传感模块”拥有高灵敏度以至于超高灵敏度的不可或缺的先决条件之一，也就是说，“均热薄膜”是制备能够具有超高响应灵敏度的基于“绝热悬挂”的“超级绝热芯片”的决定性工艺，例如我们的发明实例“基于绝热悬挂的温度传感芯片”。
21.“绝热悬挂”所用的“热短路结构”中的“均热薄膜”材料的具体实例如：高导热的石墨粉或C60或纳米碳管或金刚石颗粒(热导率900-2320W／m·K)或Graphene(热导
率～5300W／m·K)的颗粒胶粘膜或颗粒表面烧结膜；实际上，对于大多数应用场合，直接包覆高导热金属铝Al(热导率237W／m·K)、金Au(热导率318W／m·K)、铜Cu(热导率
401W／m·K)或银Ag(热导率420W／m·K)薄膜也是足以胜任“均热”需求的制造路线。
22.“绝热悬挂”所优选的一类“超级绝热材料”是“具有超高多孔度的超级绝热气凝胶”，这些材料都超级易碎，这一机械强度的缺陷使得“具有超高多孔度的超级绝热气凝胶”难以胜任重力场环境里的自支撑系统，换句话说，以静置系统为例，这一缺陷使得难以通过在系统支撑基座面包覆“具有超高多孔度的超级绝热气凝胶颗粒膜”的办法来实现“超级绝热”——因在支撑方向，“具有超高多孔度的超级绝热气凝胶”难以沉重而破碎崩溃而使其“超级绝热”性能失效；而对于移动式物品，则因物品要面临经常性的空间位置变化(旋转)而要求其封装壳体各个方向的机械强度都足以耐受系统重量以及摔碰造成的冲击过载，所以移动式物品对封装壳体及系统内部模块的全方向刚性支撑的强度要求使得直接采用“具有超高多孔度的超级绝热气凝胶颗粒膜”包覆来实现“超级绝热”变得困难(虽然可以不计成本不计结构尺寸而加大气凝胶的使用量来获得足够的支撑强度，但是这个技术路线实际造成相关产品的尺寸大到难以接受)；而“绝热悬挂”的技术路线通过使用多级绝热结构、并使用刚性“绝热悬挂支架”(表面氧化覆层的金属壳体、聚合物工程塑料)与“具有超高多孔度的超级绝热气凝胶颗粒膜”整体面接触以降低局域方向上的单位面积单位质量气凝胶所承受的冲击过载和承重压强，所以“绝热悬挂”及其典型的“超级绝热结构”是确保在因不得不在极端酷寒或酷热环境中静置或工作而需要超级绝热的“便携式或可移动的小尺度系统或物品”中能有效使用“超级绝热气凝胶材料”而实现“超级绝热”的不可或缺的基础性技术。
23.基于“绝热悬挂”的“超级绝热结构”不仅具有足够机械强度的刚性“绝热悬挂支架”，而且通过以“正四棱锥悬挂／立方悬挂／面心立方悬挂／费马-托里拆利悬挂／斯坦纳悬挂”等为代表的优选路径的典型悬挂结构把系统的“主热漏通道截面”(等效热导率最高的热输运通道的等效面积)减小至数条绝热悬挂线截面面积之和，从而这一典型的装配结构可以在保证系统所要求的绝热指标下有效减少“超级绝热气凝胶“的使用量而减小功能系统的总体积，这一结构绝热的技术方案具有实质性创新意义；而且我们认为基于“绝热悬挂”的“超级绝热结构”甚至可能是利用以“超级绝热二氧化硅气凝胶”和“超级绝热三氧化二铝气凝胶”为代表的“超级绝热气凝胶”在因不得不在极端酷寒或酷热环境中静置或工作而需要进行“超级绝热”维持或防护的“便携式或可移动的小尺度系统或物品”中实现“超级绝热”功能的“唯一的”低成本解决方案，例如我们的发明实例“绝热悬挂电池”。
24.以“超级绝热二氧化硅(SiO2)气凝胶”为例，虽然可以采用聚合物复合增韧的办法来弥补改善其机械强度差的不足，但是物理上不言而喻，以相同的多孔度参数为对比条件来比较绝热参数，“聚合物复合增韧的超级绝热二氧化硅气凝胶”的热导率显著高于“超级绝热二氧化硅气凝胶”本征样品的热导率；另外，“聚合物复合增韧”的技术路线也显著增加了制造成本，所以在目前已知的合成条件下判断，“聚合物复合增韧的超级绝热二氧化硅气凝胶”的技术路线对于大规模使用的场合而言是昂贵的。考虑到超级绝热的二氧化硅气凝胶都超级易碎，所以为了增加材料表观强度，应用时可以采用诸如加厚板材、多层不同结构强度的二氧化硅气凝胶交替叠层、表面覆层增韧后再多层叠层等常识性的构型增强手段来满足要求，但是这种解决方案的一个代价就是相关系统的尺度、体积与重量可能会大到不便于使用或得不偿失。
25.可以采用结构增强的手段来提高超级“绝热二氧化硅(SiO2)气凝胶颗粒膜”在膜法线方向上的抗过载能力：采用刚性薄板(聚四氟乙烯薄板)或韧性塑料薄膜来外部塑型由“超级绝热二氧化硅气凝胶颗粒”构成的堆砌体，我们称其为“表面贴膜的超级绝热二氧化硅气凝胶颗粒膜／板／管”，它适宜用来作为(一)特定方向上的超级绝热垫板、垫圈；
(二)“绝热悬挂支架”外表面的绝热包覆层和支撑垫板；(三)导线、开关等接口的绝热护套等，具体技术路线参阅我们的发明“超级绝热导线、导管”和“超级绝热气凝胶颗粒膜、垫片”。
26.在有现实推广价值的应用产品中，如有必要可以依托“绝热悬挂”进一步实现高于“超级绝热”的“完全绝热”指标：基于“绝热悬挂”和“绝热悬浮”(我们发明的另一种结构绝热技术)的“超级绝热结构”，并对功能模块实施真空封装，再结合应用“无线通讯控制”技术和“无线电力输运”技术，将可以实现针对于一个功能系统真正意义上的“完全绝热”，例如我们的发明实例“绝热悬浮电池”(一个代表性大型产品实例为“绝热悬浮锂离子二次电池或锂硫二次电池储能电站”)。
27.本发明详细阐明多类可用的“超级绝热”材料、“绝热悬挂线”材料、“均热薄膜”材料、以及通过例举适用于不同应用领域的三个发明实例“绝热悬挂电池”、“绝热悬浮电池”和“绝热传感芯片”里的“绝热悬挂”及其产品形态，其目的首先是为了展现“绝热悬挂”的典型特征以及“其原理技术描述中所讨论的具体技术实施方式的可操作性”在关联产品制造中的体现；其次通过讨论所例举产品因采用“绝热悬挂”的“超级绝热结构”而所能达到的“超级绝热”指标而意图从侧面明示“绝热悬挂”作为相关概念性产品奠基性技术的之所以不可或缺与不可替代的价值所在，所以我们认为具有典型的材料、结构与功能特征的“绝热悬挂”是实现“超级绝热”的一个普适技术，本发明以明确定义的具体产品实例来描述绝热悬挂的具体实施方式并不意味着绝热悬挂技术及其所定义的基于绝热悬挂的超级绝热结构仅适用于这些所例举的产品。
28.“绝热悬挂”所指的因不得不在极端酷寒或酷热环境中静置或工作而需要进行“超级绝热”维持或防护的“便携式或可移动的小尺度系统或物品”首先是指人类日常使用的“所有在生活／办公／生产／防护／监控／操作等活动中所使用的各类电子电器／电气设备／光电设备／以及所有使用了电子电器模块与组件的系统”；可以加以“绝热悬挂”改造而使其具有“超级绝热”性能的“便携式或可移动的小尺度系统或物品”的典型代表包括：
(一)手表、时钟、固定电话机、手机、各类照明灯具及其驱动或变压器、各类一次电池与二次电池、各类二次电池及移动电源充电器、便携式电脑、平板电脑、台式电脑、服务器、照相机、电视、收音机、摄像机、监控相机、卫星导航仪、传感器、探测器、交流电源、变压器、发动机、发电机等；(二)电动车、汽车、轮船、飞机、航空航天飞行器、卫星、宇宙深空飞行器等装备内部模组；(三)大型发电站等各类大型工业装备、设备或其内部模组。
29.“绝热悬挂”所指的因不得不在极端酷寒或酷热环境中静置或工作而需要进行“超级绝热”维持或防护的“便携式或可移动的小尺度系统或物品”还包括各类非电子产品如：
仓储器物(生物制品、药品、原料、食物、油、气、及其它危险化学品储罐)、超级防护保险柜(用以保护重大价值艺术品、档案、资料等，需要防火、防爆、防低温、防水、防潮、防霉变、防气、防震等，其中“超级防火／防爆／防低温”可以用“绝热悬挂”和“绝热悬浮”来实现)、输油／气管道。
30.“绝热悬挂”是一种可用于“绝热封装／包装”的集成解决方案，其所具有的通用性绝热结构及其所具备的超级绝热能力已经使其超越一般封装技术范畴而成就一种具有重大应用价值的奠基性技术，它可以作为热能工程技术与封装技术的基础性范式而被用来设计具备超级绝热性能而能胜任超正常低温或高温下工作的各类新概念产品。