آئروژل چیست؟

تولد ایرژل

در سال 1931، کیستلر با استفاده از روش خشک کردن فوق بحرانی الکلی، مایع را از جامد جدا کرد و از انقباض و فروپاشی ساختار گاز جلوگیری کرد و در نتیجه ایروژل در جهان ایجاد شد.

تعریف ایرژل
ایروژل یک ماده جامد آمورف متخلخل نانویی سبک وزن با ریز ذرات در مقیاس نانومتری است که با یکدیگر انباشته شده و ساختار شبکه متخلخل در مقیاس نانومتری را تشکیل می‌دهند و با تعداد زیادی محیط پراکندگی گازی در اسکلت شبکه پر شده‌اند.

آئروژل ها نه تنها یک ماده کاربردی هستند، بلکه حالت جدیدی از ماده هستند. حالت آئروژل در بسیاری از ویژگی ها با سایر حالت های ماده تفاوت اساسی دارد. اندازه و شکل ثابتی مانند ماده جامد دارد، اما چگالی ظاهری آن می تواند حداکثر از 1 گرم در سانتی متر مکعب تا 0.001 گرم در سانتی متر مکعب (کمتر از چگالی هوا) باشد. در عین حال، ساختار متخلخل اسفنج مانندی دارد، با ویژگی‌های چندگانه میکروسکوپی (اسکلت در مقیاس نانو)، ماکروسکوپی (ماده متراکم) و مزوسکوپی (ساختار چند سطحی و فراکتالی)، که باعث می‌شود آئروژل‌ها دارای خواص منحصر به فرد زیادی باشند. رسانایی حرارتی بسیار پایین، مدول الاستیسیته بسیار کم، نرخ فونون بسیار پایین، ضریب شکست بسیار کم، ثابت دی الکتریک پایین، سرعت بسیار کم صدا، سطح ویژه بالا، چگالی بسیار گسترده و توزیع ضریب شکست و غیره را نشان می دهد.

طبقه بندی آئروژل ها
طیف گسترده ای از آئروژل ها وجود دارد که تقریباً تمام سیستم های مواد را پوشش می دهد. به طور کلی با توجه به ترکیب شیمیایی می توان آنها را به آئروژل های آلی، آئروژل های معدنی و آئروژل های مرکب و ... تقسیم کرد. همچنین آئروژل ها را می توان با توجه به اجزای اصلی خود به سیستم های سیلیکونی، کربنی، گوگردی، اکسید فلزی و فلزی طبقه بندی کرد.

وضعیت و نقش آئروژل ها
دانشمندان می گویند آئروژل ها جهان را تغییر خواهند داد.

Airgel به عنوان یکی از 10 موضوع داغ علم و فناوری در شماره 250 مجله آمریکایی Science فهرست شده است. در 20 آگوست 2007، روزنامه تایمز گزارش داد که آئروژل سبک‌ترین جامد جهان است که می‌تواند قدرت انفجاری یک کیلوگرمی دینامیت را تحمل کند و شما را از گرمای یک مشعل دمنده بالاتر از 1 درجه سانتی‌گراد دور نگه دارد. دانشمندان در حال بررسی استفاده از ایروژل در همه چیز هستند، از لباس های فضایی فوق عایق گرفته تا ابرخازن ها و کاتالیزورها و نسل بعدی راکت های تنیس. Airgel وعده رقابت با نسل‌های مواد افسانه‌ای مانند رزین فنولیک از دهه 1300، فیبر کربن از دهه 1930 و سیلیکون از دهه 1980 را می‌دهد.

ایرژل چندین بار به عنوان سبک ترین جامد جهان در کتاب رکوردهای جهانی گینس ثبت شده است. ایروژل همچنین دارای هدایت حرارتی و ضریب شکست بسیار پایین است و 39 برابر عایق تر از بهترین الیاف شیشه است. از ایرژل برای عایق کاری حرارتی ایستگاه فضایی میر روسیه و مریخ نورد رهیاب مریخ آمریکا استفاده شده است و نقش حیاتی در صنعت هوافضا ایفا کرده است.

تاریخچه توسعه Airgel
در سال 1931، آئروژل ها برای اولین بار توسط کیستلر در دانشگاه استنفورد ایالات متحده تهیه شد.
در سال 1985، اولین سمپوزیوم در مورد آئروژل ها، معروف به ISA، توسط مؤسسه فیزیک در دانشگاه وورزبورگ، آلمان برگزار شد.
در سال 1993، از آئروژل ها برای عایق بندی لباس های فضایی، فضاپیماها و شاتل های فضایی استفاده می شود.
در سال 2002، Aspen Aerogel، یک شرکت ناسا، برای توسعه و تولید آئروژل ها تاسیس شد.
2004، تحقیقات آئروژل توسط موسسات تحقیقاتی داخلی چین انجام شد.
در سال 2006، شرکت های داخلی ایروژل در چین شروع به توسعه آئروژل کردند.
2017، چین اعلام شد، GB/T 34336-201، محصولات عایق کامپوزیت ایرژل غیر متخلخل
در سال 2021، شورای دولتی "برنامه اقدام برای رسیدن کربن به اوج تا سال 2023" را در مورد تسریع تحقیق و توسعه فیبر کربن، آئروژل، فولاد ویژه و سایر مواد اولیه صادر کرد.

خواص کلیدی آئروژل ها
(1) فوق العاده سبک. ایروژل کم چگالی جامد جهان است که حداقل چگالی آن یک ششم جرم هوا است. محدوده تغییرات چگالی به طور کلی 0.001 ~ 1g/cm³ است.

(2) تخلخل بالا و سطح ویژه بالا. تخلخل 80٪ ~ 99.9٪ است، سطح ویژه 200 ~ 1000 m2 / g، و اندازه معمولی منافذ 1 تا 100 نانومتر است.

(3) عایق حرارتی فوق العاده. ساختار باریک نانو شبکه آئروژل به طور موثر انتشار تحریک حرارتی موضعی را محدود می‌کند و رسانایی حرارتی حالت جامد آن 2 تا 3 مرتبه کمتر از قدر مواد شیشه‌ای مربوطه است.

اصل عایق حرارتی ایروژل
کاهش انتقال حرارتی: تعداد نامتناهی نانوذرات موجود در آئروژل یک اسکلت مشبک را تشکیل می دهد و گرما فقط می تواند در امتداد بی نهایت نانوذره جریان یابد. جریان گرما را تنها می توان در امتداد بی نهایت نانوذرات هدایت کرد و در نتیجه یک مسیر تقریباً نامحدود انتقال حرارت در جامد ایجاد می شود. انتقال حرارت در جامدات به کمترین حد ممکن کاهش می یابد.

مهار همرفت حرارتی : اندازه متوسط ​​منافذ آئروژل‌ها 20 تا 40 نانومتر است که از میانگین محدوده آزاد مولکول‌های گاز 69 نانومتر کوچکتر است و مولکول‌های گاز در منافذ توانایی حرکت آزادانه خود را از دست می‌دهند و همرفت را تقریباً غیرممکن می‌کنند.

کاهش تابش حرارتی : دیواره‌های منافذ تشکیل‌شده توسط نانوذرات در آئروژل‌ها، سپرهای مادون قرمز هستند و تعداد نامحدود سپرها، تابش حرارتی را تا حد زیادی کاهش می‌دهد.

(4) کاتالیزور. اندازه ذرات کوچک، سطح ویژه بالا و چگالی کم ایروژل، فعالیت و گزینش پذیری کاتالیزورهای ایروژل را بسیار بالاتر از کاتالیزورهای معمولی می کند و اجزای فعال را می توان به طور یکنواخت در حامل پراکنده کرد و همچنین دارای پایداری حرارتی عالی است که می تواند به طور موثری وقوع واکنش های جانبی را کاهش دهد.

(5) عایق صدا. ویژگی‌های سرعت صدای پایین آئروژل‌ها، آنها را به ماده‌ای ایده‌آل برای تأخیر صوتی یا عایق صوتی با دمای بالا تبدیل می‌کند. دامنه متغیر امپدانس آکوستیک ایروژل بزرگ است [103 ~ 107 کیلوگرم/(㎡-s)]، که یک ماده جفت کننده مقاومت صوتی ایده آل برای آشکارسازهای اولتراسونیک است. مقاومت آکوستیک سرامیک های پیزوالکتریک مورد استفاده برای ژنراتورها و آشکارسازهای اولتراسونیک 1.5×107 کیلوگرم در (㎡-s) است، در حالی که مقاومت صوتی هوا تنها 400 کیلوگرم در (㎡-s) است. استفاده از ایروژل سیلیکونی با ضخامت 1/4 طول موج و چگالی حدود 0.3g/cm³ به عنوان ماده جفت کننده مقاومت صوتی بین سرامیک های پیزوالکتریک و هوا می تواند شدت صدا را تا 30dB افزایش دهد، راندمان انتقال امواج صوتی را بهبود بخشد و نسبت سیگنال به نویز دستگاه را کاهش دهد.

(6) عملکرد فیلتراسیون. آئروژل های نانوساختار نیز می توانند به عنوان نوع جدیدی از مواد تصفیه گاز بسیار کارآمد استفاده شوند. آئروژل‌ها به دلیل سطح ویژه بسیار بزرگ خود، توسط دانشمندان به عنوان «سوپر اسفنج‌ها» نامیده می‌شوند و برای جذب آلاینده‌ها در آب، مکیدن سرب و جیوه از آب ایده‌آل هستند و آنها را به یک ماده عالی برای مقابله با بلایای زیست‌محیطی تبدیل می‌کند.

(7) خواص نوری. ایروژل خالص SiO1.006 شفاف و بی رنگ است و ضریب شکست آن (1.06~XNUMX) بسیار نزدیک به هوا است، به این معنی که ایروژل SiOXNUMX تقریباً هیچ افت بازتابی نسبت به نور فرودی ندارد و می تواند به طور مؤثر نور خورشید را منتقل کند. بنابراین می توان از آن برای ساخت عایق و شیشه های کاهش صدا استفاده کرد.

برای اطلاعات بیشتر یا دریافت برگه اطلاعات فنی و برگه اطلاعات ایمنی مواد، لطفاً از طریق ایمیل [email protected] یا از طریق تماس صوتی با شماره +86-28-8411-1861 با ما تماس بگیرید.

برخی از تصاویر و متون از اینترنت تکثیر شده اند و حق چاپ متعلق به نویسنده اصلی است. در صورت وجود هرگونه تخلف، لطفاً برای حذف با ما تماس بگیرید.