Τι είναι το Aerogel;

The Birth of Airgel

Το 1931, ο Kistler διαχώρισε το υγρό από το στερεό χρησιμοποιώντας μια τεχνική αλκοολικής υπερκρίσιμης ξήρανσης και κράτησε τη δομή του αερίου από τη συρρίκνωση και την κατάρρευση, με αποτέλεσμα τη δημιουργία αερογέλης στον κόσμο.

Ορισμός του Airgel
Το Airgel είναι ένα ελαφρύ νανοπορώδες άμορφο στερεό υλικό με μικροσωματίδια κλίμακας νανομέτρων συσσωματωμένα μεταξύ τους για να σχηματίσουν μια δομή πορώδους δικτύου κλίμακας νανομέτρων και γεμάτα με μεγάλο αριθμό μέσων αέριας διασποράς στον σκελετό του δικτύου.

Τα αερογέλη δεν είναι μόνο ένα λειτουργικό υλικό, αλλά και μια νέα κατάσταση της ύλης. Η κατάσταση αερογέλης είναι θεμελιωδώς διαφορετική από άλλες καταστάσεις της ύλης σε πολλές ιδιότητες. Έχει σταθερό μέγεθος και σχήμα σαν στερεά ύλη, ωστόσο η φαινομενική του πυκνότητα μπορεί να εκτείνεται από το πολύ 1 g/cm³ έως 0.001 g/cm³ (χαμηλότερη από την πυκνότητα του αέρα). Ταυτόχρονα, έχει μια πορώδη δομή σαν σφουγγάρι, με πολλαπλές ιδιότητες μικροσκοπικών (σκελετός νανοκλίμακας), μακροσκοπικής (συμπυκνωμένης ύλης) και μεσοσκοπικής (δομής πολλαπλών επιπέδων και φράκταλ), με αποτέλεσμα τα αερογέλη να διαθέτουν πολλές μοναδικές ιδιότητες. Παρουσιάζει πολύ χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, πολύ χαμηλό συντελεστή ελαστικότητας, πολύ χαμηλό ρυθμό φωνονίων, πολύ χαμηλό δείκτη διάθλασης, χαμηλή διηλεκτρική σταθερά, πολύ χαμηλή ταχύτητα ήχου, υψηλή ειδική επιφάνεια, πολύ ευρεία πυκνότητα και κατανομή δείκτη διάθλασης κ.λπ.

Ταξινόμηση αεροπηκτών
Υπάρχει μια μεγάλη γκάμα αεροπηκτών, που καλύπτει σχεδόν όλα τα συστήματα υλικών. Γενικά, ανάλογα με τη χημική σύσταση, μπορούν να χωριστούν σε οργανικές αερογέλες, ανόργανες αερογέλες και σύνθετες αερογέλες κ.λπ.

Η Κατάσταση & ο Ρόλος των Αερογελών
Οι επιστήμονες λένε ότι τα αερογέλη θα αλλάξουν τον κόσμο.

Το Airgel συμπεριλήφθηκε ως ένα από τα 10 κορυφαία θέματα επιστήμης και τεχνολογίας στο 250ο τεύχος του αμερικανικού περιοδικού Science. Στις 20 Αυγούστου 2007, οι Times ανέφεραν ότι το airgel είναι το ελαφρύτερο στερεό στον κόσμο που μπορεί να αντέξει την εκρηκτική δύναμη 1 kg δυναμίτη και να σας κρατήσει μακριά από τη θερμότητα ενός φυσητήρα πάνω από 1300°C. Οι επιστήμονες διερευνούν τη χρήση αερογέλης σε οτιδήποτε, από υπερμονωμένες διαστημικές στολές έως υπερπυκνωτές έως καταλύτες έως την επόμενη γενιά ρακέτες τένις. Το Airgel υπόσχεται να ανταγωνιστεί γενιές θρυλικών υλικών όπως η φαινολική ρητίνη από τη δεκαετία του 1930, οι ίνες άνθρακα από τη δεκαετία του 1980 και η σιλικόνη από τη δεκαετία του 1990.

Το Airgel έχει καταγραφεί στο βιβλίο των ρεκόρ Γκίνες αρκετές φορές ως το ελαφρύτερο στερεό στον κόσμο. Το Airgel έχει επίσης πολύ χαμηλή θερμική αγωγιμότητα και δείκτη διάθλασης και είναι 39 φορές πιο μονωτικό από τις καλύτερες ίνες γυαλιού. Το Airgel έχει χρησιμοποιηθεί για τη θερμική μόνωση του ρωσικού διαστημικού σταθμού Mir και του αμερικανικού ρόβερ Mars Pathfinder και έχει ήδη διαδραματίσει ζωτικό ρόλο στην αεροδιαστημική βιομηχανία.

Ιστορία της Ανάπτυξης Airgel
Το 1931, τα αεροπήγματα παρασκευάστηκαν για πρώτη φορά από τον Kistler στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ των Η.Π.Α.
1985, το πρώτο συμπόσιο για τα αεροπήγματα, γνωστό ως ISA, διοργανώθηκε από το Ινστιτούτο Φυσικής του Πανεπιστημίου του Würzburg, Γερμανία.
1993, τα αερογέλη χρησιμοποιούνται για τη μόνωση διαστημικών στολών, διαστημικών σκαφών και διαστημικών λεωφορείων.
2002, η Aspen Aerogel, μια εταιρεία της NASA, ιδρύθηκε για την ανάπτυξη και παραγωγή αεροπηκτών.
2004, έρευνα airgel που πραγματοποιήθηκε από εγχώρια κινεζικά ερευνητικά ινστιτούτα.
Το 2006, οι εγχώριες εταιρείες αερογέλης στην Κίνα άρχισαν να αναπτύσσουν αερογέλη.
2017, δημοσίευση της Κίνας, GB/T 34336-201, Nonporous Airgel Composite Insulation Products
Το 2021, το Κρατικό Συμβούλιο εξέδωσε, «Σχέδιο Δράσης για τον Άνθρακα που θα φτάσει στην κορυφή έως το 2023» για την επιτάχυνση της έρευνας και ανάπτυξης ανθρακονημάτων, αερογέλης, ειδικού χάλυβα και άλλων βασικών υλικών.

Οι βασικές ιδιότητες των αεροτζελών
(1) Εξαιρετικά ελαφρύ. Το Airgel είναι το λιγότερο πυκνό στερεό στον κόσμο, με ελάχιστη πυκνότητα το ένα έκτο της μάζας του αέρα. Το εύρος διακύμανσης της πυκνότητας είναι γενικά 0.001~1g/cm³.

(2) Υψηλό πορώδες και υψηλή ειδική επιφάνεια. Το πορώδες είναι 80%~99.9%, η ειδική επιφάνεια είναι 200~1000m2/g και το τυπικό μέγεθος των πόρων είναι 1~100nm.

(3) Σούπερ θερμομόνωση. Η λεπτή δομή νανοδικτύου του αεροτζελ περιορίζει αποτελεσματικά τη διάδοση της τοπικής θερμικής διέγερσης και η θερμική αγωγιμότητά του σε στερεά κατάσταση είναι 2~3 τάξεις μεγέθους χαμηλότερη από αυτή του αντίστοιχου υαλώδους υλικού.

Η αρχή της θερμομόνωσης airgel
Μειωμένη θερμική μεταφορά: Ο άπειρος αριθμός νανοσωματιδίων στο airgel σχηματίζει έναν σκελετό πλέγματος και η θερμότητα μπορεί να ρέει μόνο κατά μήκος ενός άπειρου αριθμού νανοσωματιδίων. Η ροή θερμότητας μπορεί να διεξαχθεί μόνο κατά μήκος ενός άπειρου αριθμού νανοσωματιδίων, με αποτέλεσμα μια σχεδόν άπειρη διαδρομή μεταφοράς θερμότητας στο στερεό. Η μεταφορά θερμότητας στο στερεό μειώνεται στο χαμηλότερο δυνατό επίπεδο.

Αναστολή της θερμικής μεταφοράς : Το μέσο μέγεθος πόρων των αερογελών είναι 20-40 nm, το οποίο είναι μικρότερο από το μέσο μήκος ελεύθερης εμβέλειας των μορίων αερίου των 69 nm, και τα μόρια αερίου στους πόρους χάνουν την ικανότητά τους να κινούνται ελεύθερα, καθιστώντας τη μεταφορά σχεδόν αδύνατη.

Μειωμένη θερμική ακτινοβολία : Τα τοιχώματα πόρων που σχηματίζονται από τα νανοσωματίδια στις αερογέλες είναι υπέρυθρες ασπίδες και ο άπειρος αριθμός ασπίδων μειώνει σημαντικά τη θερμική ακτινοβολία.

(4) Κατάλυση. Το μικρό μέγεθος σωματιδίων, η υψηλή ειδική επιφάνεια και η χαμηλή πυκνότητα αερογέλης καθιστούν τη δραστηριότητα και την εκλεκτικότητα των καταλυτών αερογέλης πολύ υψηλότερη από τους συμβατικούς καταλύτες και τα ενεργά συστατικά μπορούν να διασκορπίζονται πολύ ομοιόμορφα στον φορέα και έχει επίσης εξαιρετική θερμική σταθερότητα, η οποία μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την εμφάνιση πλευρικών αντιδράσεων.

(5) Ηχομόνωση. Οι ιδιότητες χαμηλής ταχύτητας ήχου των αεροτζελ τα καθιστούν ιδανικό υλικό για ηχομόνωση ακουστικής καθυστέρησης ή υψηλής θερμοκρασίας. Το μεταβλητό εύρος ακουστικής αντίστασης του αερογέλης είναι μεγάλο [103 ~ 107kg/(㎡-s)], το οποίο είναι ιδανικότερο υλικό σύζευξης ακουστικής αντίστασης για ανιχνευτές υπερήχων. Η ακουστική αντίσταση των πιεζοηλεκτρικών κεραμικών που χρησιμοποιούνται για γεννήτριες και ανιχνευτές υπερήχων είναι 1.5×107kg/(㎡-s), ενώ η ακουστική αντίσταση του αέρα είναι μόνο 400kg/(㎡-s). Η χρήση αερογέλης πυριτίου με πάχος μήκους κύματος 1/4 και πυκνότητα περίπου 0.3 g/cm³ ως υλικό σύζευξης ακουστικής αντίστασης μεταξύ πιεζοηλεκτρικών κεραμικών και αέρα μπορεί να αυξήσει την ένταση του ήχου κατά 30 dB, να βελτιώσει την απόδοση μετάδοσης των ακουστικών κυμάτων και να μειώσει την ένταση του σήματος προς τον θόρυβο της συσκευής.

(6) Απόδοση φιλτραρίσματος. Τα αερογέλη με νανοδομή μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως νέος τύπος υλικού φιλτραρίσματος αερίων υψηλής απόδοσης. Λόγω της εξαιρετικά μεγάλης ειδικής επιφάνειάς τους, τα αερογέλη αναφέρονται από τους επιστήμονες ως «σούπερ σφουγγάρια» και είναι ιδανικά για την απορρόφηση ρύπων στο νερό, την απορρόφηση μολύβδου και υδραργύρου από το νερό, καθιστώντας τα ένα εξαιρετικό υλικό για την αντιμετώπιση οικολογικών καταστροφών.

(7) Οπτικές ιδιότητες. Το καθαρό αερογέλη SiO1.006 είναι διαφανές και άχρωμο και ο δείκτης διάθλασής του (1.06~XNUMX) είναι πολύ κοντά σε αυτόν του αέρα, πράγμα που σημαίνει ότι το αερογέλη SiOXNUMX δεν έχει σχεδόν καμία απώλεια ανάκλασης στο προσπίπτον φως και μπορεί να μεταδώσει αποτελεσματικά το ηλιακό φως. Επομένως, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή γυαλιού μόνωσης και μείωσης θορύβου.

Για περισσότερες πληροφορίες ή για το Τεχνικό Φύλλο Ημερομηνιών & το Φύλλο Δεδομένων Ασφαλείας Υλικού, επικοινωνήστε μαζί μας μέσω email: [email protected] ή φωνητικά στο: +86-28-8411-1861.

Ορισμένες εικόνες και κείμενα αναπαράγονται από το Διαδίκτυο και τα πνευματικά δικαιώματα ανήκουν στον αρχικό δημιουργό. Εάν υπάρχει οποιαδήποτε παράβαση, επικοινωνήστε μαζί μας για διαγραφή.