Kas yra aerogelis?

Airgelio gimimas

1931 m. Kistleris atskyrė skystį nuo kietos medžiagos, naudodamas alkoholio superkritinio džiovinimo techniką ir neleido dujų struktūrai susitraukti ir nesugriūti, todėl pasaulyje atsirado aerogelis.

Airgel apibrėžimas
„Airgel“ yra lengva nanoporė amorfinė kieta medžiaga su nanometrų mastelio mikrodalelėmis, agreguotomis viena su kita, kad sudarytų nanometrų dydžio porėtą tinklo struktūrą ir tinklo skelete užpildyta daugybe dujinių dispersinių terpių.

Aerogeliai yra ne tik funkcinė medžiaga, bet ir nauja materijos būsena. Aerogelio būsena iš esmės skiriasi nuo kitų materijos būsenų daugeliu savybių. Jis yra fiksuoto dydžio ir formos, kaip kietoji medžiaga, tačiau jo tariamasis tankis gali svyruoti nuo daugiausiai 1 g/cm³ iki 0.001 g/cm³ (mažesnis už oro tankį); tuo pačiu metu jis turi kempinę primenančią porėtą struktūrą, pasižyminčią daugybe mikroskopinių (nano mastelio skeleto), makroskopinių (kondensuotų medžiagų) ir mezoskopinių (daugiapakopė ir fraktalinė struktūra) savybių, todėl aerogeliai turi daug unikalių savybių. Jis pasižymi labai mažu šilumos laidumu, labai mažu elastingumo moduliu, labai mažu fonono dažniu, labai mažu lūžio rodikliu, maža dielektrine konstanta, labai mažu garso greičiu, dideliu specifiniu paviršiaus plotu, labai plačiu tankio ir lūžio rodiklio pasiskirstymu ir kt.

Aerogelių klasifikacija
Yra platus aerogelių asortimentas, apimantis beveik visas medžiagų sistemas. Paprastai pagal cheminę sudėtį jie gali būti skirstomi į organinius aerogelius, neorganinius aerogelius ir sudėtinius aerogelius ir tt Aerogeliai taip pat gali būti skirstomi į silicio, anglies, sieros, metalo oksido ir metalų sistemas pagal savo pagrindinius komponentus.

Aerogelių statusas ir vaidmuo
Mokslininkai teigia, kad aerogeliai pakeis pasaulį.

10-ajame JAV žurnalo „Science“ numeryje „Airgel“ buvo įtrauktas į vieną iš 250 populiariausių mokslo ir technologijų klausimų. 20 m. rugpjūčio 2007 d. „The Times“ pranešė, kad aerogelis yra lengviausia pasaulyje kieta medžiaga, galinti atlaikyti 1 kg dinamito sprogstamąją galią ir apsaugoti jus nuo pūtiklio karščio virš 1300 °C. Mokslininkai tiria aerogelio panaudojimą visame kame – nuo ​​itin izoliuotų kosminių kostiumų iki superkondensatorių ir katalizatorių iki naujos kartos teniso rakečių. „Airgel“ žada konkuruoti su legendinių medžiagų kartomis, tokiomis kaip 1930-ųjų fenolio derva, devintojo dešimtmečio anglies pluoštas ir 1980-ojo dešimtmečio silikonas.

Airgelis kelis kartus buvo įtrauktas į Gineso rekordų knygą kaip lengviausia pasaulyje kieta medžiaga. „Airgel“ taip pat turi labai mažą šilumos laidumą ir lūžio rodiklį ir yra 39 kartus geresnė izoliacija nei geriausias stiklo pluoštas. „Airgel“ buvo naudojamas Rusijos kosminės stoties „Mir“ ir JAV marsaeigio „Mars Pathfinder“ termoizoliacijai ir jau atliko svarbų vaidmenį aviacijos ir kosmoso pramonėje.

Airgel vystymosi istorija
1931 m. pirmą kartą aerogelius paruošė Kistleris Stanfordo universitete, JAV.
1985 m. Viurcburgo universiteto (Vokietija) Fizikos institutas surengė pirmąjį simpoziumą apie aerogelius, žinomą kaip ISA.
1993 m. aerogeliai naudojami skafandroms, erdvėlaiviams ir erdvėlaiviams izoliuoti.
2002 m. buvo įkurta NASA kompanija Aspen Aerogel aerogeliams kurti ir gaminti.
2004 m., vietinių Kinijos tyrimų institutų atlikti aerogelio tyrimai.
2006 m. Kinijos vidaus aerogelio įmonės pradėjo kurti aerogelius.
2017 m., Kinija paskelbta, GB/T 34336-201, Neporingi aerogelio kompoziciniai izoliacijos gaminiai
2021 m. Valstybės taryba paskelbė „Veiksmų planą anglies dioksidui pasiekti aukščiausią lygį iki 2023 m.“ dėl anglies pluošto, aerogelio, specialaus plieno ir kitų pagrindinių medžiagų tyrimų ir plėtros paspartinimo.

Pagrindinės aerogelių savybės
(1) Itin lengvas. Airgelis yra pasaulyje mažiausiai tankus kietas kūnas, kurio minimalus tankis yra viena šeštoji oro masės. Tankio kitimo diapazonas paprastai yra 0.001–1 g/cm³.

(2) Didelis poringumas ir didelis specifinis paviršiaus plotas. Poringumas yra 80% ~ 99.9%, specifinis paviršiaus plotas yra 200 ~ 1000 m2 / g, o tipinis porų dydis yra 1 ~ 100 nm.

(3) Super šilumos izoliacija. Plona aerogelio nanotinklo struktūra veiksmingai riboja vietinio šiluminio sužadinimo plitimą, o jo kietojo kūno šilumos laidumas yra 2–3 laipsniais mažesnis nei atitinkamos stiklinės medžiagos.

Aerogelio šilumos izoliacijos principas
Sumažintas šilumos perdavimas: Begalinis nanodalelių skaičius aerogele sudaro tinklinį skeletą, o šiluma gali tekėti tik išilgai begalinio skaičiaus nanodalelių. Šilumos srautas gali būti vykdomas tik išilgai begalinio nanodalelių skaičiaus, todėl kietoje medžiagoje susidaro beveik begalinis šilumos perdavimo kelias. Šilumos perdavimas kietoje medžiagoje sumažinamas iki žemiausio įmanomo lygio.

Šiluminės konvekcijos slopinimas : vidutinis aerogelių porų dydis yra 20–40 nm, tai yra mažiau nei vidutinis laisvasis dujų molekulių dydis – 69 nm, o dujų molekulės porose praranda gebėjimą laisvai judėti, todėl konvekcija tampa beveik neįmanoma.

Sumažinta šiluminė spinduliuotė : aerogeliuose esančių nanodalelių suformuotos porų sienelės yra infraraudonųjų spindulių skydai, o begalinis skydų skaičius labai sumažina šiluminę spinduliuotę.

(4) Katalizė. Dėl mažo dalelių dydžio, didelio specifinio paviršiaus ploto ir mažo aerogelio tankio aerogelio katalizatorių aktyvumas ir selektyvumas yra daug didesnis nei įprastų katalizatorių, o aktyvieji komponentai gali būti labai tolygiai paskirstyti nešiklyje, be to, jis turi puikų terminį stabilumą, kuris gali veiksmingai sumažinti šalutinių reakcijų atsiradimą.

(5) Garso izoliacija. Dėl mažo garso greičio aerogelių savybių jie yra ideali medžiaga akustiniam vėlavimui arba aukštos temperatūros garso izoliacijai. Kintamasis aerogelio akustinės varžos diapazonas yra didelis [103 ~ 107 kg / (㎡-s)], o tai yra idealesnė akustinės varžos jungties medžiaga ultragarsiniams detektoriams. Ultragarsiniams generatoriams ir detektoriams naudojamos pjezoelektrinės keramikos akustinė varža yra 1.5×107kg/(㎡-s), o oro akustinė varža tik 400kg/(㎡-s). Naudojant silicio aerogelį, kurio storis 1/4 bangos ilgio ir tankis apie 0.3 g/cm³ kaip akustinės varžos jungiamąją medžiagą tarp pjezoelektrinės keramikos ir oro, garso intensyvumas gali padidėti 30 dB, pagerinti akustinių bangų perdavimo efektyvumą ir sumažinti signalo ir triukšmo santykį įrenginiuose.

(6) Filtravimo efektyvumas. Nanostruktūriniai aerogeliai taip pat gali būti naudojami kaip naujo tipo labai efektyvi dujų filtravimo medžiaga. Dėl ypač didelio specifinio paviršiaus ploto aerogeliai mokslininkų vadinami „super kempinėmis“ ir idealiai tinka vandens teršalams adsorbuoti, švino ir gyvsidabrio išsiurbimui iš vandens, todėl yra puiki medžiaga kovojant su ekologinėmis nelaimėmis.

(7) Optinės savybės. Grynas SiO₂ aerogelis yra skaidrus ir bespalvis, o jo lūžio rodiklis (1.006–1.06) yra labai artimas oro lūžio rodikliui, o tai reiškia, kad SiO₂ aerogelis beveik nepraranda krintančios šviesos atspindžio ir gali veiksmingai perduoti saulės šviesą. Todėl iš jo galima gaminti izoliacinį ir triukšmą mažinantį stiklą.

Daugiau informacijos arba techninių duomenų lapą ir medžiagos saugos duomenų lapą galite gauti susisiekę su mumis el. paštu: [email protected] arba telefonu: +86-28-8411-1861.

Kai kurios nuotraukos ir tekstai yra atgaminti iš interneto, o autorių teisės priklauso originaliam autoriui. Jei yra kokių nors pažeidimų, susisiekite su mumis, kad pašalintume.