Aerogel ni nini?

Kuzaliwa kwa Airgel

Mnamo mwaka wa 1931, Kistler alitenganisha kioevu kutoka kwa kigumu kwa kutumia mbinu ya ukaushaji yenye kileo na kuzuia muundo wa gesi kutoka kwa kupungua na kuanguka, na kusababisha airgel duniani.

Ufafanuzi wa Airgel
Airgel ni nyenzo dhabiti yenye vinyweleo vyepesi na chembechembe ndogo za kiwango cha nanometa zilizokusanywa pamoja na kuunda muundo wa mtandao wenye vinyweleo vya nanometa na kujazwa na idadi kubwa ya midia ya mtawanyiko wa gesi kwenye kiunzi cha mtandao.

Aerogels sio tu nyenzo za kazi, lakini pia hali mpya ya suala. Hali ya airgel kimsingi ni tofauti na majimbo mengine ya maada katika mali nyingi. Ina saizi isiyobadilika na umbo kama jambo gumu, lakini msongamano wake unaoonekana unaweza kuanzia kiwango cha juu cha 1 g/cm³ hadi 0.001 g/cm³ (chini kuliko msongamano wa hewa); wakati huo huo, ina muundo wa porous unaofanana na sifongo, na mali nyingi za microscopic (mifupa ya nano-scale), macroscopic (jambo lililofupishwa) na sifa za mesoscopic (muundo wa ngazi nyingi na fractal), na kufanya erogels kumiliki mali nyingi za kipekee. Inaonyesha conductivity ya chini sana ya mafuta, moduli ya chini sana ya elasticity, kiwango cha chini sana cha phonon, index ya chini ya refractive, mara kwa mara ya chini ya dielectri, kasi ya chini sana ya sauti, eneo la juu la uso maalum, wiani mkubwa sana na usambazaji wa index wa refractive, nk.

Uainishaji wa Aerogels
Kuna aina mbalimbali za aerogels, zinazofunika karibu mifumo yote ya nyenzo. Kwa ujumla, kulingana na utungaji wa kemikali, zinaweza kugawanywa katika erojeli za kikaboni, erogeli isokaboni na erojeli za mchanganyiko, nk. Aerogels pia zinaweza kuainishwa katika silicon, kaboni, sulfuri, oksidi ya chuma na mifumo ya chuma kulingana na sehemu zao kuu.

Hali na Wajibu wa Aerogels
Wanasayansi wanasema aerogels itabadilisha ulimwengu.

Airgel iliorodheshwa kama mojawapo ya masuala 10 ya juu ya sayansi na teknolojia katika toleo la 250 la jarida la Sayansi la Marekani. Mnamo tarehe 20 Agosti 2007, gazeti la The Times liliripoti kuwa airgel ndio kingo nyepesi zaidi duniani ambacho kinaweza kustahimili mlipuko wa kilo 1 ya baruti na kukuepusha na joto la blowtochi inayozidi 1300°C. Wanasayansi wanachunguza matumizi ya airgel katika kila kitu kutoka kwa suti za anga za juu zaidi hadi supercapacitors hadi vichocheo kwa kizazi kijacho cha raketi za tenisi. Airgel inaahidi kushindana kwa vizazi vya nyenzo za hadithi kama vile resini ya phenolic kutoka miaka ya 1930, nyuzi za kaboni kutoka miaka ya 1980 na silicone kutoka miaka ya 1990.

Airgel ameorodheshwa katika Kitabu cha rekodi cha Guinness mara kadhaa kama gwiji nyepesi zaidi duniani. Airgel pia ina conductivity ya chini sana ya mafuta na index ya refractive na ni mara 39 zaidi ya kuhami kuliko nyuzi bora za kioo. Airgel imetumika kuhami kwa joto kituo cha anga za juu cha Mir cha Urusi na rover ya Marekani ya Mars Pathfinder, na tayari imechukua jukumu muhimu katika sekta ya anga.

Historia ya Maendeleo ya Airgel
1931, aerogels zilitayarishwa kwa mara ya kwanza na Kistler katika Chuo Kikuu cha Stanford, Marekani.
1985, kongamano la kwanza la aerogels, linalojulikana kama ISA, liliandaliwa na Taasisi ya Fizikia katika Chuo Kikuu cha Würzburg, Ujerumani.
1993, aerogels hutumiwa kuhami vazi la anga, vyombo vya anga na vyombo vya anga.
2002, Aspen Aerogel, kampuni ya NASA, ilianzishwa ili kuendeleza na kuzalisha aerogels.
2004, utafiti wa airgel uliofanywa na taasisi za utafiti za ndani za China.
2006, makampuni ya ndani airgel nchini China kuanza kuendeleza aerogels.
2017, Uchina ilitangazwa, GB/T 34336-201, Bidhaa za Insulation Composite za Airgel zisizo za porous
2021, Baraza la Jimbo lilitoa, "Mpango wa Utekelezaji wa Carbon Kufikia Kilele ifikapo 2023" juu ya kuharakisha utafiti na ukuzaji wa nyuzi za kaboni, aerogel, chuma maalum na nyenzo zingine za kimsingi.

Mali muhimu ya Aerogels
(1) Mwanga mwingi. Airgel ndiyo iliyo na msongamano mdogo zaidi duniani, yenye msongamano wa chini wa moja ya sita ya wingi wa hewa. Masafa ya tofauti ya msongamano kwa ujumla ni 0.001~1g/cm³.

(2) High porosity na high maalum eneo la uso. Porosity ni 80% ~ 99.9%, eneo maalum la uso ni 200 ~ 1000m2 / g, na ukubwa wa kawaida wa pores ni 1 ~ 100nm.

(3) insulation super mafuta. Muundo mwembamba wa nano-mtandao wa aerogel huzuia kwa ufanisi uenezaji wa msisimko wa joto wa ndani, na upitishaji wake wa hali ya joto dhabiti ni maagizo 2-3 ya ukubwa wa chini kuliko ile ya nyenzo za glasi zinazolingana.

Kanuni ya insulation ya mafuta ya airgel
Uhamisho wa joto uliopunguzwa: Idadi isiyo na kikomo ya chembechembe za nano katika jeli ya hewa huunda mifupa ya matundu, na joto linaweza tu kutiririka kwenye idadi isiyo na kikomo ya chembechembe za nano. Mtiririko wa joto unaweza tu kufanywa kwa idadi isiyo na kikomo ya nanoparticles, na kusababisha njia isiyo na kikomo ya uhamishaji wa joto kwenye kigumu. Uhamisho wa joto katika imara hupunguzwa hadi kiwango cha chini kabisa.

Kuzuiwa kwa msongamano wa joto : Ukubwa wa wastani wa vinyweleo vya aerogels ni 20-40 nm, ambayo ni ndogo kuliko wastani wa kiwango huru cha molekuli za gesi cha 69 nm, na molekuli za gesi kwenye vinyweleo hupoteza uwezo wao wa kusogea kwa uhuru, na kufanya msongamano kuwa vigumu.

Mionzi ya joto iliyopunguzwa : Kuta za vinyweleo zinazoundwa na chembe chembe ndogo katika aerogels ni ngao za infrared, na idadi isiyo na kikomo ya ngao hupunguza sana mionzi ya joto.

(4) Catalysis. Ukubwa wa chembe ndogo, eneo la juu la uso maalum na msongamano wa chini wa airgel hufanya shughuli na uteuzi wa vichocheo vya airgel kuwa juu zaidi kuliko vichocheo vya kawaida, na vipengele vinavyofanya kazi vinaweza kutawanywa kwa usawa katika carrier, na pia ina utulivu bora wa mafuta, ambayo inaweza kupunguza kwa ufanisi tukio la athari za upande.

(5) Insulation sauti. Tabia ya chini ya kasi ya sauti ya aerogels huwafanya kuwa nyenzo bora kwa kuchelewa kwa acoustic au insulation ya sauti ya joto la juu. Aina tofauti za kizuizi cha akustisk cha airgel ni kubwa [103 ~ 107kg/(㎡-s)], ambayo ni nyenzo bora zaidi ya kuunganisha upinzani wa akustisk kwa vigunduzi vya ultrasonic. Upinzani wa akustisk wa keramik ya piezoelectric inayotumika kwa jenereta na vigunduzi vya ultrasonic ni 1.5×107kg/(㎡-s), wakati upinzani wa akustisk wa hewa ni 400kg/(㎡-s tu). Kutumia silicon airgel yenye unene wa 1/4 wavelength na msongamano wa takriban 0.3g/cm³ kama nyenzo ya uunganisho wa upinzani wa akustitiki kati ya keramik ya piezoelectric na hewa inaweza kuongeza nguvu ya sauti kwa 30dB, kuboresha utumaji ufanisi wa mawimbi ya akustisk na kupunguza uwiano wa mawimbi kati ya mawimbi hadi kelele katika programu za kifaa.

(6) Utendaji wa kuchuja. Aerogels zisizo na muundo pia zinaweza kutumika kama aina mpya ya nyenzo za uchujaji wa gesi zenye ufanisi sana. Kwa sababu ya eneo lake kubwa la kipekee la uso, erojeli hurejelewa na wanasayansi kama "sponji bora" na ni bora kwa kutangaza uchafuzi wa maji, kunyonya risasi na zebaki kutoka kwa maji, na kuzifanya kuwa nyenzo bora ya kushughulikia majanga ya kiikolojia.

(7) Tabia za macho. Airgel safi ya SiO₂ haina uwazi na haina rangi, na fahirisi yake ya kuakisi (1.006~1.06) iko karibu sana na ile ya hewa, ambayo ina maana kwamba SiO₂ airgel ina karibu hakuna hasara ya kuakisi kwa tukio la mwanga na inaweza kusambaza mwanga wa jua kwa ufanisi. Kwa hiyo, inaweza kutumika kufanya insulation na kioo kupunguza kelele.

Taarifa zaidi au Karatasi ya Tarehe ya Kiufundi na Karatasi ya Data ya Usalama wa Nyenzo, tafadhali wasiliana nasi kupitia barua pepe: [email protected] , au tutumie ujumbe kwa: +86-28-8411-1861.

Baadhi ya picha na maandishi yametolewa tena kutoka kwa Mtandao, na hakimiliki ni ya mwandishi asilia. Ikiwa kuna ukiukaji wowote, tafadhali wasiliana nasi ili kufuta.