1931. gadā Kistlers atdalīja šķidrumu no cietās vielas, izmantojot spirta superkritiskās žāvēšanas paņēmienu, un neļāva gāzes struktūrai sarauties un sabrukt, kā rezultātā pasaulē parādījās aerogels.
Airgel definīcija
Airgels ir viegls nanoporains amorfs ciets materiāls ar nanometru mēroga mikrodaļiņām, kas agregētas viena ar otru, veidojot nanometru mēroga porainu tīkla struktūru un piepildītas ar lielu skaitu gāzveida dispersijas vides tīkla skeletā.
Aerogēli ir ne tikai funkcionāls materiāls, bet arī jauns matērijas stāvoklis. Aerogela stāvoklis daudzās īpašībās būtiski atšķiras no citiem vielas stāvokļiem. Tam ir noteikts izmērs un forma, piemēram, cietai vielai, tomēr tā šķietamais blīvums var svārstīties no maksimāli 1 g/cm³ līdz 0.001 g/cm³ (mazāks par gaisa blīvumu); tajā pašā laikā tai ir sūklim līdzīga poraina struktūra ar vairākām mikroskopiskām (nanomēroga skeleta), makroskopiskām (kondensētām vielām) un mezoskopiskām (daudzlīmeņu un fraktāļu struktūras) īpašībām, tādējādi aerogēliem piemīt daudzas unikālas īpašības. Tam ir ļoti zema siltumvadītspēja, ļoti zems elastības modulis, ļoti zems fonona ātrums, ļoti zems laušanas koeficients, zema dielektriskā konstante, ļoti zems skaņas ātrums, liels īpatnējais virsmas laukums, ļoti plašs blīvums un refrakcijas indeksa sadalījums utt.
Aerogēlu klasifikācija
Ir plašs aerogēlu klāsts, kas aptver gandrīz visas materiālu sistēmas. Parasti pēc ķīmiskā sastāva tos var iedalīt organiskajos aerogēlos, neorganiskajos aerogēlos un kompozītu aerogēlos utt. Aerogelus var iedalīt arī silīcija, oglekļa, sēra, metāla oksīda un metālu sistēmās pēc to galvenajām sastāvdaļām.
Aerogelu statuss un loma
Zinātnieki saka, ka aerogēli mainīs pasauli.
ASV žurnāla Science 10. numurā Airgels tika iekļauts kā viens no 250 aktuālākajiem zinātnes un tehnoloģiju jautājumiem. 20. gada 2007. augustā The Times ziņoja, ka aerogels ir pasaulē vieglākā cietā viela, kas spēj izturēt 1 kg dinamīta sprādzienbīstamību un neļauj jums nonākt pūtēja karstumā virs 1300°C. Zinātnieki pēta aerogela izmantošanu visās jomās, sākot no īpaši izolētiem kosmosa tērpiem līdz superkondensatoriem un katalizatoriem līdz nākamās paaudzes tenisa raketēm. Airgel sola konkurēt ar leģendāru materiālu paaudzēm, piemēram, 1930. gadu fenola sveķiem, 1980. gadu oglekļa šķiedru un 1990. gadu silikonu.
Airgels vairākas reizes ir iekļauts Ginesa rekordu grāmatā kā pasaulē vieglākā cietā viela. Airgelam ir arī ļoti zema siltumvadītspēja un laušanas koeficients, un tas ir 39 reizes labāk izolējošs nekā labākajām stikla šķiedrām. Airgels ir izmantots, lai termiski izolētu Krievijas kosmosa staciju Mir un ASV Marsa Pathfinder rover, un tam jau ir bijusi būtiska loma aviācijas un kosmosa nozarē.
Airgel attīstības vēsture
1931. gadā pirmo reizi aerogelus sagatavoja Kistlers Stenfordas universitātē, ASV.
1985. gadā pirmo simpoziju par aerogeliem, kas pazīstams kā ISA, organizēja Vircburgas Universitātes Fizikas institūts Vācijā.
1993. gadā aerogelus izmanto skafandru, kosmosa kuģu un kosmosa kuģu izolācijai.
2002. gadā tika izveidots NASA uzņēmums Aspen Aerogel, lai izstrādātu un ražotu aerogelus.
2004. gads, aerogela pētījumi, ko veica vietējie Ķīnas pētniecības institūti.
2006. gadā vietējie aerogelu uzņēmumi Ķīnā sāka izstrādāt aerogelus.
2017, Ķīna izsludināts, GB/T 34336-201, Neporaina aerogela kompozītmateriāla izolācijas izstrādājumi
2021. gadā Valsts padome izdeva “Rīcības plānu oglekļa dioksīda maksimuma sasniegšanai līdz 2023. gadam” par oglekļa šķiedras, aerogēla, speciālā tērauda un citu pamatmateriālu izpētes un izstrādes paātrināšanu.
Aerogelu galvenās īpašības
(1) Īpaši viegls. Airgels ir pasaulē vismazāk blīva cieta viela, kuras minimālais blīvums ir viena sestā daļa no gaisa masas. Blīvuma izmaiņu diapazons parasti ir 0.001–1 g/cm³.
(2) Augsta porainība un liels īpatnējais virsmas laukums. Porainība ir 80% ~ 99.9%, īpatnējais virsmas laukums ir 200 ~ 1000 m2 / g, un tipiskais poru izmērs ir 1 ~ 100 nm.
(3) Super siltumizolācija. Aerogela plānā nanotīkla struktūra efektīvi ierobežo lokālās termiskās ierosmes izplatīšanos, un tā cietvielu siltumvadītspēja ir par 2–3 kārtām zemāka nekā atbilstošā stiklveida materiāla siltumvadītspēja.
Aerogela siltumizolācijas princips
Samazināta siltuma pārnese: Bezgalīgs nanodaļiņu skaits aerogelā veido sieta karkasu, un siltums var plūst tikai pa bezgalīgu skaitu nanodaļiņu. Siltuma plūsmu var vadīt tikai pa bezgalīgu skaitu nanodaļiņu, kā rezultātā cietā vielā ir gandrīz bezgalīgs siltuma pārneses ceļš. Siltuma pārnese cietā vielā tiek samazināta līdz zemākajam iespējamajam līmenim.
Termiskās konvekcijas inhibīcija : Aerogelu vidējais poru izmērs ir 20–40 nm, kas ir mazāks par gāzes molekulu vidējo brīvo diapazonu 69 nm, un gāzes molekulas porās zaudē spēju brīvi pārvietoties, padarot konvekciju gandrīz neiespējamu.
Samazināts termiskais starojums : Aerogelu nanodaļiņu veidotās poru sienas ir infrasarkanie vairogi, un bezgalīgais vairogu skaits ievērojami samazina termisko starojumu.
(4) Katalīze. Mazais daļiņu izmērs, lielais īpatnējais virsmas laukums un zemais aerogela blīvums padara aerogela katalizatoru aktivitāti un selektivitāti daudz augstāku nekā parastajiem katalizatoriem, un aktīvās sastāvdaļas var ļoti vienmērīgi izkliedēt nesējā, un tam ir arī lieliska termiskā stabilitāte, kas var efektīvi samazināt blakusreakciju rašanos.
(5) Skaņas izolācija. Aerogelu zemā skaņas ātruma īpašības padara tos par ideālu materiālu akustiskai aizkavei vai augstas temperatūras skaņas izolācijai. Aerogela akustiskās pretestības mainīgais diapazons ir liels [103 ~ 107 kg/(㎡-s)], kas ir ideālāks akustiskās pretestības savienojuma materiāls ultraskaņas detektoriem. Ultraskaņas ģeneratoriem un detektoriem izmantotās pjezoelektriskās keramikas akustiskā pretestība ir 1.5 × 107 kg/(㎡-s), savukārt gaisa akustiskā pretestība ir tikai 400 kg/(㎡-s). Izmantojot silīcija aerogelu ar biezumu 1/4 viļņa garuma un blīvumu aptuveni 0.3 g/cm³ kā akustiskās pretestības savienojuma materiālu starp pjezoelektrisko keramiku un gaisu, var palielināt skaņas intensitāti par 30 dB, uzlabot akustisko viļņu pārraides efektivitāti un samazināt signāla un trokšņa attiecību ierīču lietojumos.
(6) Filtrēšanas veiktspēja. Nanostrukturētus aerogelus var izmantot arī kā jauna veida ļoti efektīvu gāzes filtrēšanas materiālu. Tā īpaši lielā īpatnējā virsma dēļ zinātnieki aerogēlus dēvē par “supersūkļiem”, un tie ir ideāli piemēroti piesārņotāju adsorbēšanai ūdenī, svina un dzīvsudraba izsūkšanai no ūdens, padarot tos par lielisku materiālu ekoloģisku katastrofu gadījumā.
(7) Optiskās īpašības. Tīrs SiO₂ aerogels ir caurspīdīgs un bezkrāsains, un tā laušanas koeficients (1.006 ~ 1.06) ir ļoti tuvs gaisa refrakcijas indeksam, kas nozīmē, ka SiO₂ aerogelam gandrīz nav atstarošanas zudumu krītošā gaismā un tas var efektīvi pārraidīt saules gaismu. Tāpēc to var izmantot izolācijas un trokšņu slāpēšanas stikla izgatavošanai.
Lai iegūtu plašāku informāciju vai tehnisko datu lapu un materiālu drošības datu lapu, lūdzu, sazinieties ar mums pa e-pastu: [email protected] vai pa tālruni: +86-28-8411-1861.
Daži attēli un teksti ir reproducēti no interneta, un autortiesības pieder sākotnējam autoram. Ja ir kāds pārkāpums, lūdzu, sazinieties ar mums, lai dzēstu.