Mikä on aerogeeli?

Aerogeelin syntymä

Vuonna 1931 Kistler erotti nesteen kiinteästä aineesta käyttämällä alkoholipohjaista superkriittistä kuivaustekniikkaa ja esti kaasun rakenteen kutistumisen ja romahtamisen, mikä johti aerogeelin syntymiseen maailmassa.

Aerogeelin määritelmä
Aerogeeli on kevyt, nanohuokoinen amorfinen kiinteä materiaali, jossa nanometrin kokoiset mikrohiukkaset ovat aggregoituneet toisiinsa muodostaen nanometrin kokoisen huokoisen verkkorakenteen ja täytetty suurella määrällä kaasumaisia ​​dispersioaineita verkkorakenteessa.

Aerogeelit eivät ole ainoastaan ​​toiminnallinen materiaali, vaan myös uusi aineen olomuoto. Aerogeelin olomuoto eroaa perustavanlaatuisesti muista aineen olomuodoista monien ominaisuuksien osalta. Sillä on kiinteä koko ja muoto kuten kiinteällä aineella, mutta sen näennäinen tiheys voi vaihdella enintään 1 g/cm³:stä 0.001 g/cm³:iin (pienempi kuin ilman tiheys); samaan aikaan sillä on sienimäinen huokoinen rakenne, jolla on useita mikroskooppisia (nanomittakaavan luuranko), makroskooppisia (tiivistynyt aine) ja mesoskooppisia (monitasoinen ja fraktaalirakenne) ominaisuuksia, minkä ansiosta aerogeeleillä on monia ainutlaatuisia ominaisuuksia. Niillä on erittäin alhainen lämmönjohtavuus, erittäin alhainen kimmokerroin, erittäin alhainen fononinopeus, erittäin alhainen taitekerroin, alhainen dielektrisyysvakio, erittäin alhainen äänennopeus, suuri ominaispinta-ala, erittäin laaja tiheys- ja taitekerroinjakauma jne.

Aerogeelien luokittelu
Aerogeelejä on laaja valikoima, joka kattaa lähes kaikki materiaalijärjestelmät. Yleisesti ottaen kemiallisen koostumuksen mukaan ne voidaan jakaa orgaanisiin aerogeeleihin, epäorgaanisiin aerogeeleihin ja komposiittiaerogeeleihin jne. Aerogeelit voidaan luokitella myös pii-, hiili-, rikki-, metallioksidi- ja metallijärjestelmiin niiden pääkomponenttien mukaan.

Aerogeelien asema ja rooli
Tutkijat sanovat, että aerogeelit muuttavat maailmaa.

Aerogeeli listattiin yhdysvaltalaisen Science-lehden 10. numerossa kymmenen kuumimman tiede- ja teknologiakysymyksen joukkoon. The Times -lehti raportoi 250. elokuuta 20, että aerogeeli on maailman kevyin kiinteä aine, joka kestää yhden kilogramman dynamiitin räjähdysvoiman ja pitää sinut poissa yli 2007 °C:n lämpötiloihin kuumennetun polttimen kuumuudesta. Tutkijat tutkivat aerogeelin käyttöä kaikessa aina erittäin eristetyistä avaruuspuvuista superkondensaattoreihin ja katalyytteihin sekä seuraavan sukupolven tennismailoihin. Aerogeeli lupaa kilpailla legendaaristen materiaalien, kuten 1-luvun fenolihartsin, 1300-luvun hiilikuidun ja 1930-luvun silikonin, kanssa.

Aerogeeli on useita kertoja listattu Guinnessin ennätysten kirjaan maailman kevyimpänä kiinteänä aineena. Aerogeelillä on myös erittäin alhainen lämmönjohtavuus ja taitekerroin, ja se on 39 kertaa eristävämpi kuin parhaat lasikuidut. Aerogeeliä on käytetty Venäjän Mir-avaruusaseman ja Yhdysvaltojen Mars Pathfinder -mönkijän lämpöeristykseen, ja sillä on jo ollut keskeinen rooli ilmailuteollisuudessa.

Aerogeelien kehityksen historia
Vuonna 1931 Kistler valmisti ensimmäisen kerran aerogeelejä Stanfordin yliopistossa Yhdysvalloissa.
Vuonna 1985 Würzburgin yliopiston fysiikan laitos järjesti ensimmäisen aerogeelejä käsittelevän symposiumin, joka tunnettiin nimellä ISA.
Vuonna 1993 aerogeelejä käytettiin avaruuspukujen, avaruusalusten ja avaruussukkuloiden eristämiseen.
Vuonna 2002 perustettiin NASA:n omistama Aspen Aerogel -yritys kehittämään ja tuottamaan aerogeelejä.
Vuonna 2004 kiinalaiset kotimaiset tutkimuslaitokset suorittivat aerogeelitutkimusta.
Vuonna 2006 kiinalaiset kotimaiset aerogeeliyritykset alkoivat kehittää aerogeelejä.
2017, Kiina julkaissut, GB/T 34336-201, Huokosettomat aerogeelikomposiittieristystuotteet
Vuonna 2021 valtioneuvosto julkaisi "Toimintasuunnitelman hiilidioksidipäästöjen saavuttamiseksi huippuunsa vuoteen 2023 mennessä" hiilikuidun, aerogeelin, erikoisteräksen ja muiden perusmateriaalien tutkimuksen ja kehityksen nopeuttamiseksi.

Aerogeelien tärkeimmät ominaisuudet
(1) Ultrakevyt. Aerogeeli on maailman harvimman tiheyden omaava kiinteä aine, jonka tiheys on vähintään kuudesosa ilman massasta. Tiheyden vaihteluväli on yleensä 0.001–1 g/cm³.

(2) Korkea huokoisuus ja suuri ominaispinta-ala. Huokoisuus on 80–99.9 %, ominaispinta-ala on 200–1000 m²/g ja huokosten tyypillinen koko on 2–1 nm.

(3) Erinomainen lämmöneristyskyky. Aerogeelin ohut nanoverkkorakenne rajoittaa tehokkaasti paikallisen lämpöherätyksen etenemistä, ja sen kiinteän olomuodon lämmönjohtavuus on 2–3 kertaluokkaa pienempi kuin vastaavan lasimaisen materiaalin.

Aerogeeli-lämmöneristyksen periaate
Vähentynyt lämmönsiirtoAerogeelin ääretön määrä nanopartikkeleita muodostaa verkkorakenteen, ja lämpö voi virrata vain äärettömän määrän nanopartikkeleita pitkin. Lämpövirtaus voi tapahtua vain äärettömän määrän nanopartikkeleita pitkin, mikä johtaa lähes äärettömään lämmönsiirtoreittiin kiinteässä aineessa. Lämmönsiirto kiinteässä aineessa vähenee mahdollisimman alhaiselle tasolle.

Lämpökonvektion esto : Aerogeelien keskimääräinen huokoskoko on 20–40 nm, mikä on pienempi kuin kaasumolekyylien keskimääräinen vapaa alue, joka on 69 nm, ja huokosissa olevat kaasumolekyylit menettävät kykynsä liikkua vapaasti, mikä tekee konvektiosta lähes mahdotonta.

Vähentynyt lämpösäteily : Aerogeelien nanopartikkelien muodostamat huokosseinät toimivat infrapunasuojina, ja ääretön määrä suojia vähentää huomattavasti lämpösäteilyä.

(4) Katalyysi. Aerogeelin pieni hiukkaskoko, suuri ominaispinta-ala ja alhainen tiheys tekevät aerogeelikatalyyttien aktiivisuudesta ja selektiivisyydestä paljon korkeamman kuin perinteisillä katalyytillä, ja aktiiviset komponentit voidaan dispergoida erittäin tasaisesti kantajaan, ja sillä on myös erinomainen terminen stabiilius, mikä voi tehokkaasti vähentää sivureaktioiden esiintymistä.

(5) Äänieristys. Aerogeelien alhaisen äänen nopeusominaisuuksien ansiosta ne ovat ihanteellisia materiaalia akustiseen viiveeseen tai korkeiden lämpötilojen äänieristykseen. Aerogeelin akustisen impedanssin vaihtelualue on laaja [103 ~ 107 kg/(㎡-s)], mikä tekee siitä ihanteellisemman akustisen resistanssin kytkentämateriaalin ultraääni-ilmaisimille. Ultraäänigeneraattoreissa ja -ilmaisimissa käytettyjen pietsosähköisten keraamien akustinen resistanssi on 1.5 × 107 kg/(㎡-s), kun taas ilman akustinen resistanssi on vain 400 kg/(㎡-s). Käyttämällä 1/4 aallonpituuden paksuista ja noin 0.3 g/cm³ tiheydeltään piistä aerogeeliä akustisen resistanssin kytkentämateriaalina pietsosähköisten keraamien ja ilman välillä voidaan lisätä äänen voimakkuutta 30 dB, parantaa akustisten aaltojen lähetystehokkuutta ja pienentää signaali-kohinasuhdetta laitesovelluksissa.

(6) Suodatuskyky. Nanorakenteisia aerogeelejä voidaan käyttää myös uudentyyppisenä erittäin tehokkaana kaasusuodatusmateriaalina. Poikkeuksellisen suuren ominaispinta-alansa vuoksi tiedemiehet kutsuvat aerogeelejä "supersieniksi", ja ne sopivat ihanteellisesti epäpuhtauksien adsorboimiseen veteen sekä lyijyn ja elohopean imemiseen vedestä, mikä tekee niistä erinomaisen materiaalin ekologisten katastrofien torjuntaan.

(7) Optiset ominaisuudet. Puhdas SiO₂-aerogeeli on läpinäkyvää ja väritöntä, ja sen taitekerroin (1.006–1.06) on hyvin lähellä ilman taitekerrointa, mikä tarkoittaa, että SiO₂-aerogeelillä ei ole juurikaan heijastushäviöitä tulevassa valossa ja se läpäisee auringonvaloa tehokkaasti. Siksi sitä voidaan käyttää eristys- ja melunvaimennuslasin valmistukseen.

Lisätietoja tai teknistä tiedotetta ja käyttöturvallisuustiedotetta saat ottamalla meihin yhteyttä sähköpostitse osoitteeseen [email protected] tai soittamalla numeroon +86-28-8411-1861.

Osa kuvista ja teksteistä on kopioitu Internetistä, ja tekijänoikeudet kuuluvat alkuperäiselle tekijälle. Jos rikkomuksia ilmenee, ota meihin yhteyttä poistaaksesi.