Godine 1931. Kistler je odvojio tekućinu od krutine koristeći tehniku alkoholnog superkritičnog sušenja i spriječio skupljanje i kolaps strukture plina, što je rezultiralo aerogelom u svijetu.
Definicija aerogela
Aerogel je lagani nanoporozni amorfni kruti materijal s mikročesticama nanometarskih razmjera koje su agregirane jedna s drugom kako bi oblikovale poroznu mrežnu strukturu nanometarskih razmjera i ispunjene velikim brojem plinovitih disperzijskih medija u mrežnom kosturu.
Aerogeli nisu samo funkcionalni materijali, već i novo agregatno stanje. Stanje aerogela bitno se razlikuje od ostalih stanja materije po mnogim svojstvima. Ima fiksnu veličinu i oblik poput čvrste tvari, ali njegova prividna gustoća može se kretati od najviše 1 g/cm³ do 0.001 g/cm³ (niža od gustoće zraka); u isto vrijeme, ima poroznu strukturu nalik spužvi, s višestrukim svojstvima mikroskopskih (kostur nano skale), makroskopskih (kondenzirana tvar) i mezoskopskih (višerazinska i fraktalna struktura) karakteristika, zbog čega aerogeli posjeduju mnoga jedinstvena svojstva. Pokazuje vrlo nisku toplinsku vodljivost, vrlo nizak modul elastičnosti, vrlo nisku brzinu fonona, vrlo nizak indeks loma, nisku dielektričnu konstantu, vrlo malu brzinu zvuka, veliku specifičnu površinu, vrlo široku gustoću i distribuciju indeksa loma itd.
Klasifikacija aerogelova
Postoji širok raspon aerogelova koji pokrivaju gotovo sve sustave materijala. Općenito, prema kemijskom sastavu, mogu se podijeliti na organske aerogele, anorganske aerogele i kompozitne aerogele, itd. Aerogelove također možemo klasificirati u silicijske, ugljične, sumporne, metalne oksidne i metalne sustave prema njihovim glavnim komponentama.
Status i uloga aerogelova
Znanstvenici kažu da će aerogeli promijeniti svijet.
Aerogel je uvršten među 10 najpopularnijih znanstvenih i tehnoloških tema u 250. broju američkog časopisa Science. Dana 20. kolovoza 2007. The Times je izvijestio da je aerogel najlakša krutina na svijetu koja može izdržati eksplozivnu snagu 1 kg dinamita i zaštititi vas od topline puhaljke iznad 1300°C. Znanstvenici istražuju upotrebu aerogela u svemu, od superizoliranih svemirskih odijela preko superkondenzatora do katalizatora do sljedeće generacije teniskih reketa. Aerogel obećava konkurenciju generacijama legendarnih materijala poput fenolne smole iz 1930-ih, karbonskih vlakana iz 1980-ih i silikona iz 1990-ih.
Aerogel je nekoliko puta uvršten u Guinnessovu knjigu svjetskih rekorda kao najlakša čvrsta tvar na svijetu. Aerogel također ima vrlo nisku toplinsku vodljivost i indeks loma te je 39 puta bolja izolacija od najboljih staklenih vlakana. Aerogel je korišten za toplinsku izolaciju ruske svemirske postaje Mir i američkog rovera Mars Pathfinder, a već je odigrao vitalnu ulogu u zrakoplovnoj industriji.
Povijest razvoja aerogela
1931., aerogelove je prvi pripremio Kistler na Sveučilištu Stanford, SAD.
1985., prvi simpozij o aerogelovima, poznat kao ISA, organizirao je Institut za fiziku na Sveučilištu Würzburg, Njemačka.
1993, aerogeli se koriste za izolaciju svemirskih odijela, svemirskih letjelica i svemirskih shuttleova.
2002. Aspen Aerogel, tvrtka NASA-e, osnovana je za razvoj i proizvodnju aerogelova.
2004, istraživanje aerogela koje su proveli domaći kineski istraživački instituti.
2006. domaće tvrtke za aerogel u Kini počele su razvijati aerogelove.
2017., proglašena Kina, GB/T 34336-201, Neporozni aerogel kompozitni izolacijski proizvodi
2021. Državno vijeće izdalo je „Akcijski plan za postizanje vrhunca ugljika do 2023.“ o ubrzanju istraživanja i razvoja karbonskih vlakana, aerogela, posebnog čelika i drugih osnovnih materijala.
Ključna svojstva aerogelova
(1) Ultra lagan. Aerogel je krutina najmanje gustoće na svijetu, s minimalnom gustoćom od jedne šestine mase zraka. Raspon varijacija gustoće općenito je 0.001~1g/cm³.
(2) Visoka poroznost i velika specifična površina. Poroznost je 80%~99.9%, specifična površina je 200~1000m2/g, a tipična veličina pora je 1~100nm.
(3) Super toplinska izolacija. Tanka struktura nanomreže aerogela učinkovito ograničava širenje lokalne toplinske pobude, a njegova toplinska vodljivost u čvrstom stanju je 2~3 reda veličine niža od one odgovarajućeg staklastog materijala.
Princip toplinske izolacije aerogelom
Smanjeni toplinski prijenos: Beskonačan broj nanočestica u aerogelu tvori mrežasti kostur, a toplina može teći samo duž beskonačnog broja nanočestica. Protok topline može se provoditi samo duž beskonačnog broja nanočestica, što rezultira gotovo beskonačnim putem prijenosa topline u krutom tijelu. Prijenos topline u krutini smanjen je na najnižu moguću razinu.
Inhibicija toplinske konvekcije : Prosječna veličina pora aerogelova je 20-40 nm, što je manje od prosječnog slobodnog dometa molekula plina od 69 nm, a molekule plina u porama gube sposobnost slobodnog kretanja, što konvekciju čini gotovo nemogućom.
Smanjeno toplinsko zračenje : Stijene pora koje tvore nanočestice u aerogelovima su infracrveni štitovi, a beskonačan broj štitova uvelike smanjuje toplinsko zračenje.
(4) Kataliza. Mala veličina čestica, velika specifična površina i niska gustoća aerogela čine aktivnost i selektivnost aerogel katalizatora mnogo većim od konvencionalnih katalizatora, a aktivne komponente mogu biti vrlo jednoliko raspršene u nosaču, a također ima izvrsnu toplinsku stabilnost, što može učinkovito smanjiti pojavu nuspojava.
(5) Zvučna izolacija. Svojstva niske brzine zvuka aerogela čine ih idealnim materijalom za akustičnu odgodu ili zvučnu izolaciju pri visokim temperaturama. Varijabilni raspon akustične impedancije aerogela je velik [103 ~ 107 kg/(㎡-s)], što je idealniji materijal za spajanje akustične otpornosti za ultrazvučne detektore. Akustični otpor piezoelektrične keramike koja se koristi za ultrazvučne generatore i detektore iznosi 1.5×107 kg/(㎡-s), dok je akustični otpor zraka samo 400 kg/(㎡-s). Korištenje silikonskog aerogela debljine 1/4 valne duljine i gustoće od oko 0.3 g/cm³ kao materijala za spajanje akustične otpornosti između piezoelektrične keramike i zraka može povećati intenzitet zvuka za 30 dB, poboljšati učinkovitost prijenosa akustičnih valova i smanjiti omjer signala i šuma u aplikacijama uređaja.
(6) Učinkovitost filtracije. Nanostrukturirani aerogeli također se mogu koristiti kao nova vrsta visokoučinkovitog materijala za filtriranje plinova. Zbog svoje iznimno velike specifične površine, aerogelove znanstvenici nazivaju “super spužve” i idealni su za adsorpciju zagađivača u vodi, isisavanje olova i žive iz vode, što ih čini izvrsnim materijalom za rješavanje ekoloških katastrofa.
(7) Optička svojstva. Čisti SiO₂ aerogel je proziran i bezbojan, a njegov indeks loma (1.006~1.06) vrlo je blizu indeksa loma zraka, što znači da SiO₂ aerogel nema gotovo nikakav gubitak refleksije od upadne svjetlosti i može učinkovito prenositi sunčevu svjetlost. Stoga se može koristiti za izradu izolacijskog stakla i stakla za smanjenje buke.
Za više informacija ili tehničkog lista i sigurnosno-tehničkog lista, molimo kontaktirajte nas putem e-pošte: [email protected] ili nam se javite na broj: +86-28-8411-1861.
Neke slike i tekstovi reproducirani su s interneta, a autorska prava pripadaju izvornom autoru. Ako postoji bilo kakvo kršenje, kontaktirajte nas za brisanje.