Godine 1931. Kistler je odvojio tečnost od čvrste supstance koristeći alkoholnu superkritičnu tehniku sušenja i sačuvao strukturu gasa od skupljanja i kolapsa, što je rezultiralo aerogelom u svetu.
Definicija aerogela
Aerogel je lagani nanoporozni amorfni čvrsti materijal s mikročesticama nanometarske skale agregirane jedna s drugom da formiraju poroznu mrežnu strukturu nanometarske skale i ispunjene velikim brojem plinovitih disperzijskih medija u mrežnom skeletu.
Aerogelovi nisu samo funkcionalni materijal, već i novo stanje materije. Stanje aerogela se fundamentalno razlikuje od drugih stanja materije po mnogim svojstvima. Ima fiksnu veličinu i oblik poput čvrste materije, ali njegova prividna gustina može da varira od maksimalno 1 g/cm³ do 0.001 g/cm³ (manje od gustine vazduha); istovremeno ima poroznu strukturu nalik spužvi, sa višestrukim svojstvima mikroskopskih (nano-skelet), makroskopskih (kondenzovana materija) i mezoskopskih (višestepena i fraktalna struktura) karakteristika, zbog čega aerogelovi posjeduju mnoga jedinstvena svojstva. Pokazuje vrlo nisku toplinsku provodljivost, vrlo nizak modul elastičnosti, vrlo nisku stopu fonona, vrlo nizak indeks loma, nisku dielektričnu konstantu, vrlo malu brzinu zvuka, veliku specifičnu površinu, vrlo široku gustinu i distribuciju indeksa prelamanja itd.
Klasifikacija aerogela
Postoji širok spektar aerogelova koji pokrivaju gotovo sve materijalne sisteme. Generalno, prema hemijskom sastavu, mogu se podeliti na organske aerogele, neorganske aerogele i kompozitne aerogele, itd. Aerogelovi se takođe mogu klasifikovati na silicijum, ugljenik, sumpor, metalni oksid i metalne sisteme prema njihovim glavnim komponentama.
Status i uloga aerogela
Naučnici kažu da će aerogelovi promijeniti svijet.
Aerogel je naveden kao jedan od 10 najpopularnijih naučnih i tehnoloških problema u 250. izdanju američkog časopisa Science. Dana 20. avgusta 2007. godine, The Times je objavio da je aerogel najlakša čvrsta materija na svetu koja može da izdrži eksplozivnu snagu 1 kg dinamita i da vas zaštiti od toplote lampe iznad 1300°C. Naučnici istražuju upotrebu aerogela u svemu, od superizoliranih svemirskih odijela preko superkondenzatora do katalizatora do sljedeće generacije teniskih reketa. Airgel obećava rivalstvo generacijama legendarnih materijala kao što su fenolna smola iz 1930-ih, karbonska vlakna iz 1980-ih i silikon iz 1990-ih.
Aerogel je nekoliko puta uvršten u Ginisovu knjigu rekorda kao najlakši čvrsti materijal na svijetu. Aerogel takođe ima veoma nisku toplotnu provodljivost i indeks prelamanja i 39 puta je izolacioniji od najboljih staklenih vlakana. Aerogel se koristio za toplinsku izolaciju ruske svemirske stanice Mir i američkog rovera Mars Pathfinder, a već je igrao vitalnu ulogu u avio industriji.
Istorija razvoja aerogela
1931. Kistler je prvi pripremio aerogele na Univerzitetu Stanford, SAD.
1985, prvi simpozijum o aerogelima, poznat kao ISA, organizovao je Institut za fiziku Univerziteta u Vircburgu, Nemačka.
1993. aerogelovi se koriste za izolaciju svemirskih odijela, svemirskih letjelica i spejs šatlova.
2002, Aspen Aerogel, NASA kompanija, osnovana je za razvoj i proizvodnju aerogelova.
2004, istraživanje aerogela koje su sproveli domaći kineski istraživački instituti.
2006, domaće kompanije za aerogel u Kini počele su da razvijaju aerogelove.
2017, Kina objavljena, GB/T 34336-201, Neporozni aerogel kompozitni izolacijski proizvodi
2021, Državno vijeće je izdalo „Akcioni plan za postizanje vrhunca ugljika do 2023.“ o ubrzanju istraživanja i razvoja karbonskih vlakana, aerogela, specijalnog čelika i drugih osnovnih materijala.
Ključna svojstva aerogela
(1) Ultra lagan. Aerogel je čvrsta materija najmanje gustine na svetu, sa minimalnom gustinom od jedne šestine mase vazduha. Opseg varijacije gustine je generalno 0.001~1g/cm³.
(2) Visoka poroznost i visoka specifična površina. Poroznost je 80%~99.9%, specifična površina je 200~1000m2/g, a tipična veličina pora je 1~100nm.
(3) Super toplotna izolacija. Tanka struktura nano-mreže aerogela efikasno ograničava širenje lokalne toplotne ekscitacije, a njegova toplotna provodljivost u čvrstom stanju je 2~3 reda veličine niža od one odgovarajućeg staklastog materijala.
Princip toplotne izolacije aerogelom
Smanjeni toplotni transfer: Beskonačan broj nanočestica u aerogelu formira mrežasti skelet, a toplota može teći samo duž beskonačnog broja nanočestica. Toplotni tok se može provesti samo duž beskonačnog broja nanočestica, što rezultira skoro beskonačnim putem prijenosa topline u čvrstom stanju. Prenos toplote u čvrstom stanju je smanjen na najniži mogući nivo.
Inhibicija termalne konvekcije : Prosječna veličina pora aerogelova je 20-40 nm, što je manje od prosječnog slobodnog dometa molekula gasa od 69 nm, a molekule gasa u porama gube sposobnost slobodnog kretanja, što konvekciju čini gotovo nemogućom.
Smanjeno toplotno zračenje : Zidovi pora koje formiraju nanočestice u aerogelovima su infracrveni štitovi, a beskonačan broj štitova uveliko smanjuje toplotno zračenje.
(4) Kataliza. Mala veličina čestica, visoka specifična površina i niska gustina aerogela čine aktivnost i selektivnost katalizatora aerogela mnogo većom od konvencionalnih katalizatora, a aktivne komponente mogu biti vrlo ravnomerno dispergovane u nosaču, a takođe ima odličnu termičku stabilnost, što može efikasno smanjiti pojavu nuspojava.
(5) Zvučna izolacija. Svojstva niske brzine zvuka aerogela čine ih idealnim materijalom za zvučnu izolaciju odlaganja zvuka ili visoke temperature. Promjenjivi raspon akustične impedanse aerogela je velik [103 ~ 107 kg/(㎡-s)], što je idealniji materijal za spajanje akustičke otpornosti za ultrazvučne detektore. Akustični otpor piezoelektrične keramike koja se koristi za ultrazvučne generatore i detektore je 1.5×107kg/(㎡-s), dok je akustički otpor vazduha samo 400kg/(㎡-s). Upotreba silikonskog aerogela debljine 1/4 talasne dužine i gustine od oko 0.3 g/cm³ kao materijala za spajanje akustičke otpornosti između piezoelektrične keramike i vazduha može povećati intenzitet zvuka za 30 dB, poboljšati efikasnost prenosa akustičnih talasa i smanjiti odnos signal-šum u aplikacijama uređaja.
(6) Performanse filtriranja. Nanostrukturirani aerogelovi se takođe mogu koristiti kao novi tip visoko efikasnog materijala za filtraciju gasa. Zbog svoje izuzetno velike specifične površine, naučnici nazivaju aerogele „super sunđeri“ i idealni su za adsorbovanje zagađivača u vodi, isisavanje olova i žive iz vode, što ih čini odličnim materijalom za suočavanje sa ekološkim katastrofama.
(7) Optička svojstva. Čisti SiO₂ aerogel je providan i bezbojan, a njegov indeks prelamanja (1.006~1.06) je vrlo blizak indeksu zraka, što znači da SiO₂ aerogel nema skoro nikakav gubitak refleksije na upadnu svjetlost i može efikasno prenijeti sunčevu svjetlost. Stoga se može koristiti za izradu stakla za izolaciju i smanjenje buke.
Za više informacija ili tehničkog lista i sigurnosno-tehničkog lista, molimo kontaktirajte nas putem e-maila: [email protected] ili nam se javite telefonom na: +86-28-8411-1861.
Neke slike i tekstovi su reprodukovani sa interneta, a autorska prava pripadaju originalnom autoru. Ako postoji bilo kakvo kršenje, molimo kontaktirajte nas da ga izbrišemo.