În 1931, Kistler a separat lichidul de solid folosind o tehnică de uscare supercritică alcoolică și a împiedicat structura gazului să se micșoreze și să se prăbușească, rezultând aerogel în lume.
Definiţia Airgel
Aerogelul este un material solid amorf nanoporos ușor, cu microparticule la scară nanometrică agregate între ele pentru a forma o structură de rețea poroasă la scară nanometrică și umplută cu un număr mare de medii de dispersie gazoasă în scheletul rețelei.
Aerogelurile nu sunt doar un material funcțional, ci și o nouă stare a materiei. Starea aerogelului este fundamental diferită de alte stări ale materiei în multe proprietăți. Are o dimensiune și o formă fixă precum materia solidă, dar densitatea sa aparentă se poate întinde de la maximum 1 g/cm³ la 0.001 g/cm³ (mai mică decât densitatea aerului); în același timp, are o structură poroasă asemănătoare unui burete, cu proprietăți multiple ale caracteristicilor microscopice (schelet la scară nano), macroscopice (materie condensată) și mezoscopice (structură multi-nivel și fractal), ceea ce face ca aerogelii să posede multe proprietăți unice. Prezintă o conductivitate termică foarte scăzută, un modul de elasticitate foarte scăzut, o rată a fononilor foarte scăzută, indice de refracție foarte scăzut, constantă dielectrică scăzută, viteză foarte mică a sunetului, suprafață specifică mare, densitate foarte largă și distribuție a indicelui de refracție etc.
Clasificarea aerogelurilor
Există o gamă largă de aerogeluri, care acoperă aproape toate sistemele de materiale. În general, în funcție de compoziția chimică, acestea pot fi împărțite în aerogeluri organice, aerogeluri anorganice și aerogeluri compozite etc. Aerogelurile pot fi, de asemenea, clasificate în siliciu, carbon, sulf, oxid de metal și sisteme metalice în funcție de componentele lor principale.
Statutul și rolul aerogelurilor
Oamenii de știință spun că aerogelurile vor schimba lumea.
Aerogelul a fost listat ca unul dintre primele 10 probleme de știință și tehnologie fierbinți în numărul 250 al revistei americane Science. Pe 20 august 2007, The Times a raportat că aerogelul este cel mai ușor solid din lume care poate rezista la puterea explozivă a 1 kg de dinamită și te ține departe de căldura unei pistolețe de peste 1300°C. Oamenii de știință explorează utilizarea aerogelului în orice, de la costume spațiale super-izolate, la supercondensatori, la catalizatori și la următoarea generație de rachete de tenis. Aerogel promite să rivalizeze generații de materiale legendare, cum ar fi rășina fenolică din anii 1930, fibra de carbon din anii 1980 și siliconul din anii 1990.
Aerogelul a fost inclus de mai multe ori în Cartea Recordurilor Guinness ca fiind cel mai ușor solid din lume. Aerogelul are, de asemenea, o conductivitate termică și un indice de refracție foarte scăzut și este de 39 de ori mai izolator decât cele mai bune fibre de sticlă. Aerogelul a fost folosit pentru a izola termic stația spațială rusă Mir și rover-ul american Mars Pathfinder și a jucat deja un rol vital în industria aerospațială.
Istoria dezvoltării aerogelului
1931, aerogelurile au fost preparate pentru prima dată de Kistler la Universitatea Stanford, SUA.
1985, primul simpozion despre aerogeluri, cunoscut sub numele de ISA, a fost organizat de Institutul de Fizică de la Universitatea din Würzburg, Germania.
1993, aerogelurile sunt folosite pentru a izola costumele spațiale, navele spațiale și navetele spațiale.
2002, Aspen Aerogel, o companie NASA, a fost înființată pentru a dezvolta și produce aerogeluri.
2004, cercetare cu aerogel efectuată de institutele de cercetare interne chineze.
2006, companiile interne de aerogel din China au început să dezvolte aerogeluri.
2017, China a promulgat, GB/T 34336-201, produse de izolație compozită cu aerogel neporos
În 2021, Consiliul de Stat a emis „Planul de acțiune pentru atingerea vârfului carbonului până în 2023” privind accelerarea cercetării și dezvoltării fibrei de carbon, aerogelului, oțelului special și a altor materiale de bază.
Proprietățile cheie ale aerogelurilor
(1) Ultra-ușoară. Aerogelul este cel mai puțin dens solid din lume, cu o densitate minimă de o șesime din masa aerului. Intervalul de variație a densității este în general 0.001~1g/cm³.
(2) Porozitate mare și suprafață specifică mare. Porozitatea este de 80% ~ 99.9%, suprafața specifică este de 200 ~ 1000 m2/g, iar dimensiunea tipică a porilor este de 1 ~ 100 nm.
(3) Super izolare termică. Structura de nano-rețea subțire a aerogelului limitează în mod eficient propagarea excitației termice locale, iar conductivitatea sa termică în stare solidă este cu 2 ~ 3 ordine de mărime mai mică decât cea a materialului sticlos corespunzător.
Principiul izolației termice cu aerogel
Transfer termic redus: Numărul infinit de nanoparticule din aerogel formează un schelet de plasă, iar căldura poate curge doar de-a lungul unui număr infinit de nanoparticule. Fluxul de căldură poate fi condus doar de-a lungul unui număr infinit de nanoparticule, rezultând o cale aproape infinită de transfer de căldură în solid. Transferul de căldură în solid este redus la cel mai scăzut nivel posibil.
Inhibarea convecției termice : Dimensiunea medie a porilor aerogelurilor este de 20-40 nm, mai mică decât distanța medie liberă a moleculelor de gaz de 69 nm, iar moleculele de gaz din pori își pierd capacitatea de a se mișca liber, făcând convecția aproape imposibilă.
Radiație termică redusă : Pereții porilor formați de nanoparticulele din aerogeluri sunt ecrane infraroșii, iar numărul infinit de ecrane reduce considerabil radiația termică.
(4) Cataliza. Dimensiunea mică a particulelor, suprafața specifică mare și densitatea scăzută a aerogelului fac ca activitatea și selectivitatea catalizatorilor cu aerogel să fie mult mai ridicate decât catalizatorii convenționali, iar componentele active pot fi dispersate foarte uniform în purtător și are, de asemenea, o stabilitate termică excelentă, ceea ce poate reduce eficient apariția reacțiilor secundare.
(5) Izolarea fonică. Proprietățile de viteză scăzută a sunetului ale aerogelurilor le fac un material ideal pentru întârzierea acustică sau izolarea fonică la temperaturi ridicate. Gama variabilă de impedanță acustică a aerogelului este mare [103 ~ 107kg/(㎡-s)], ceea ce este un material de cuplare a rezistenței acustice mai ideal pentru detectoare cu ultrasunete. Rezistența acustică a ceramicii piezoelectrice utilizate pentru generatoare și detectoare cu ultrasunete este de 1.5×107kg/(㎡-s), în timp ce rezistența acustică a aerului este de numai 400kg/(㎡-s). Utilizarea aerogelului de siliciu cu o grosime de 1/4 lungime de undă și o densitate de aproximativ 0.3 g/cm³ ca material de cuplare a rezistenței acustice între ceramica piezoelectrică și aer poate crește intensitatea sunetului cu 30 dB, poate îmbunătăți eficiența transmisiei undelor acustice și poate reduce raportul semnal-zgomot în aplicațiile dispozitivului.
(6) Performanța de filtrare. Aerogelurile nanostructurate pot fi, de asemenea, utilizate ca un nou tip de material de filtrare a gazelor extrem de eficient. Datorită suprafeței sale excepțional de mare, aerogelurile sunt denumite de oamenii de știință „super bureți” și sunt ideali pentru adsorbția poluanților din apă, pentru a aspira plumbul și mercurul din apă, făcându-le un material excelent pentru a face față dezastrelor ecologice.
(7) Proprietăți optice. Aerogelul SiO₂ pur este transparent și incolor, iar indicele său de refracție (1.006~1.06) este foarte apropiat de cel al aerului, ceea ce înseamnă că aerogelul SiO₂ nu are aproape nicio pierdere de reflexie la lumina incidentă și poate transmite eficient lumina soarelui. Prin urmare, poate fi folosit pentru a face sticlă izolatoare și de reducere a zgomotului.
Pentru mai multe informații sau Fișe tehnice și Fișe cu date de securitate, vă rugăm să ne contactați prin e-mail la adresa [email protected] sau telefonic la numărul de telefon: +86-28-8411-1861.
Unele imagini și texte sunt reproduse de pe Internet, iar drepturile de autor aparțin autorului original. Dacă există vreo încălcare, vă rugăm să ne contactați pentru a șterge.