1931-ben Kistler alkoholos szuperkritikus szárítási technikával elválasztotta a folyadékot a szilárd anyagtól, és megakadályozta, hogy a gáz szerkezete zsugorodjon és összeessen, ami léggélt eredményezett a világon.
Az Airgel definíciója
Az Airgél egy könnyű nanoporózus amorf szilárd anyag, nanométeres méretű mikrorészecskékkel, amelyek egymással aggregálva nanométeres méretű porózus hálózati struktúrát alkotnak, és nagyszámú gáznemű diszperziós közeggel van megtöltve a hálózati vázban.
Az aerogélek nemcsak funkcionális anyagok, hanem egy új halmazállapot is. Az aerogél állapota számos tulajdonságában alapvetően különbözik a többi halmazállapottól. Rögzített méretű és alakú, mint a szilárd anyag, de látszólagos sűrűsége maximum 1 g/cm³-től 0.001 g/cm³-ig terjedhet (alacsonyabb, mint a levegő sűrűsége); ugyanakkor szivacsszerű porózus szerkezettel rendelkezik, amely többféle mikroszkopikus (nano léptékű váz), makroszkopikus (kondenzált anyag) és mezoszkópos (többszintű és fraktál szerkezetű) tulajdonságokkal rendelkezik, így az aerogélek számos egyedi tulajdonsággal rendelkeznek. Nagyon alacsony hővezető képességgel, nagyon alacsony rugalmassági modulussal, nagyon alacsony fononfrekvenciával, nagyon alacsony törésmutatóval, alacsony dielektromos állandóval, nagyon alacsony hangsebességgel, nagy fajlagos felülettel, nagyon széles sűrűséggel és törésmutató-eloszlással rendelkezik stb.
Az aerogélek osztályozása
Az aerogélek széles választéka létezik, amelyek szinte minden anyagrendszert lefednek. Általában a kémiai összetételük szerint szerves aerogélekre, szervetlen aerogélekre és kompozit aerogélekre stb. oszthatók fel. Az aerogélek fő összetevőik szerint szilícium-, szén-, kén-, fém-oxid- és fémrendszerekre is oszthatók.
Az aerogélek helyzete és szerepe
A tudósok szerint az aerogélek megváltoztatják a világot.
Az amerikai Science folyóirat 10. számában az Airgel a 250 legnépszerűbb tudományos és technológiai kérdés között szerepelt. 20. augusztus 2007-án a The Times arról számolt be, hogy az aerogél a világ legkönnyebb szilárd anyaga, amely képes ellenállni 1 kg dinamit robbanó erejének, és megóvja Önt egy fújólámpa 1300 °C feletti hőjétől. A tudósok az aerogél használatát vizsgálják a szuperszigetelt űrruháktól kezdve a szuperkondenzátorokon át a katalizátorokon át a teniszütők következő generációjáig. Az Airgel olyan legendás anyagok generációinak riválisát ígéri, mint a fenolgyanta az 1930-as évekből, a szénszál az 1980-as évekből és a szilikon az 1990-es évekből.
Az Airgel többször is szerepel a Guinness Rekordok Könyvében, mint a világ legkönnyebb szilárd anyaga. Az Airgel hővezető képessége és törésmutatója is nagyon alacsony, és 39-szer jobban szigetel, mint a legjobb üvegszálak. Az Airgelt az orosz Mir űrállomás és az amerikai Mars Pathfinder rover hőszigetelésére használták, és már létfontosságú szerepet játszott a repülőgépiparban.
Az Airgel fejlesztés története
1931-ben először Kistler készített aerogélt a Stanford Egyetemen, az Egyesült Államokban.
1985-ben a németországi Würzburgi Egyetem Fizikai Intézete szervezte meg az aerogélekről szóló első szimpóziumot, az ISA-t.
1993-ban aerogélt használnak szkafanderek, űrhajók és űrsiklók szigetelésére.
2002-ben megalakult az Aspen Aerogel, a NASA cég aerogélek fejlesztésére és gyártására.
2004, hazai kínai kutatóintézetek által végzett airgel-kutatás.
2006-ban a kínai hazai aerogélcégek megkezdték az aerogélek fejlesztését.
2017, Kína kihirdetve, GB/T 34336-201, Nem porózus Airgél kompozit szigetelő termékek
2021-ben az Állami Tanács kiadta a „Cselekvési terv a szén-dioxid-kibocsátás 2023-ig a csúcs elérésére” című dokumentumát a szénszál, aerogél, speciális acél és egyéb alapanyagok kutatásának és fejlesztésének felgyorsításáról.
Az aerogélek legfontosabb tulajdonságai
(1) Ultrakönnyű. Az aerogél a világ legkevésbé sűrű szilárd anyaga, amelynek minimális sűrűsége a levegő tömegének egyhatoda. A sűrűségváltozás tartománya általában 0.001-1g/cm³.
(2) Nagy porozitás és nagy fajlagos felület. A porozitás 80-99.9%, a fajlagos felület 200-1000 m2/g, a pórusok tipikus mérete 1-100 nm.
(3) Szuper hőszigetelés. Az aerogél vékony nano-hálózati szerkezete hatékonyan korlátozza a helyi hőgerjesztés terjedését, szilárdtest hővezető képessége pedig 2-3 nagyságrenddel alacsonyabb, mint a megfelelő üveges anyagé.
Az aerogél hőszigetelés elve
Csökkentett hőátadás: Az aerogélben lévő végtelen számú nanorészecske hálóvázat alkot, és a hő csak végtelen számú nanorészecskén áramolhat végig. A hőáramot csak végtelen számú nanorészecske mentén lehet vezetni, ami szinte végtelen hőátadási utat eredményez a szilárd anyagban. A szilárd anyagban a hőátadás a lehető legalacsonyabb szintre csökken.
Termikus konvekció gátlása : Az aerogélek átlagos pórusmérete 20-40 nm, ami kisebb, mint a gázmolekulák átlagos szabad tartománya, amely 69 nm, és a pórusokban lévő gázmolekulák elveszítik a szabad mozgás képességét, így a konvekció szinte lehetetlenné válik.
Csökkentett hősugárzás : Az aerogélekben található nanorészecskék által alkotott pórusfalak infravörös árnyékolást végeznek, és a végtelen számú árnyékolás nagymértékben csökkenti a hősugárzást.
(4) Katalízis. Az aerogél kis részecskemérete, nagy fajlagos felülete és alacsony sűrűsége miatt az aerogél katalizátorok aktivitása és szelektivitása sokkal nagyobb, mint a hagyományos katalizátoroké, és az aktív komponensek nagyon egyenletesen oszlanak el a hordozóban, emellett kiváló termikus stabilitása is van, ami hatékonyan csökkenti a mellékreakciók előfordulását.
(5) Hangszigetelés. Az aerogélek alacsony hangsebesség-tulajdonságai miatt ideális anyag az akusztikus késleltetéshez vagy a magas hőmérsékletű hangszigeteléshez. Az aerogél akusztikus impedanciájának változó tartománya nagy [103 ~ 107 kg/(㎡-s)], ami ideálisabb akusztikus ellenállás csatolóanyag az ultrahangos detektorokhoz. Az ultrahangos generátorokhoz és detektorokhoz használt piezoelektromos kerámiák akusztikai ellenállása 1.5×107kg/(㎡-s), míg a levegő akusztikai ellenállása mindössze 400kg/(㎡-s). A 1/4 hullámhossz vastagságú és körülbelül 0.3 g/cm³ sűrűségű szilícium aerogél a piezoelektromos kerámia és a levegő közötti akusztikus ellenállás csatolóanyagaként 30 dB-lel növelheti a hangintenzitást, javíthatja az akusztikus hullámok átviteli hatékonyságát és csökkentheti a jel-zaj arányt az eszközalkalmazásokban.
(6) Szűrési teljesítmény. A nanoszerkezetű aerogélek új típusú, rendkívül hatékony gázszűrő anyagként is használhatók. Kivételesen nagy fajlagos felületük miatt az aerogéleket a tudósok „szuperszivacsként” emlegetik, és ideálisak a vízben lévő szennyező anyagok adszorbeálására, az ólom és a higany kiszívására a vízből, így kiváló anyag az ökológiai katasztrófák kezelésére.
(7) Optikai tulajdonságok. A tiszta SiO₂ aerogél átlátszó és színtelen, törésmutatója (1.006-1.06) pedig nagyon közel áll a levegőéhez, ami azt jelenti, hogy a SiO₂ aerogél szinte semmilyen visszaverődési veszteséget nem szenved a beeső fénytől, és hatékonyan képes továbbítani a napfényt. Ezért használható szigetelő és zajcsökkentő üvegek készítésére.
További információkért vagy műszaki adatlapért és anyagbiztonsági adatlapért kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot e-mailben a [email protected] címen , vagy telefonon a +86-28-8411-1861 telefonszámon.
Egyes képeket és szövegeket az internetről reprodukálnak, és a szerzői jogok az eredeti szerzőt illetik. Ha bármilyen jogsértést észlel, kérjük, lépjen kapcsolatba velünk a törlés érdekében.