V roku 1931 Kistler oddelil kvapalinu od pevnej látky pomocou alkoholovej superkritickej sušiacej techniky a zabránil zmršťovaniu a kolapsu štruktúry plynu, čo viedlo k aerogélu na svete.
Definícia aerogélu
Aerogél je ľahký nanoporézny amorfný pevný materiál s mikročasticami v nanometrovej mierke agregovanými navzájom tak, aby vytvorili poréznu sieťovú štruktúru v nanometrovom meradle a naplnenú veľkým počtom plynných disperzných médií v kostre siete.
Aerogély nie sú len funkčným materiálom, ale aj novým stavom hmoty. Stav aerogélu sa v mnohých vlastnostiach zásadne líši od iných stavov hmoty. Má pevnú veľkosť a tvar ako pevná látka, no jeho zdanlivá hustota sa môže pohybovať od maximálne 1 g/cm³ do 0.001 g/cm³ (nižšia ako hustota vzduchu); zároveň má špongiovitú poréznu štruktúru s mnohými vlastnosťami, ako sú mikroskopické (kostra nanometrov), makroskopické (kondenzovaná hmota) a mezoskopické (viacúrovňová a fraktálna štruktúra), vďaka čomu aerogély disponujú mnohými jedinečnými vlastnosťami. Vykazuje veľmi nízku tepelnú vodivosť, veľmi nízky modul pružnosti, veľmi nízku fonónovú rýchlosť, veľmi nízky index lomu, nízku dielektrickú konštantu, veľmi nízku rýchlosť zvuku, vysoký špecifický povrch, veľmi široké rozloženie hustoty a indexu lomu atď.
Klasifikácia aerogélov
Existuje široká škála aerogélov, ktoré pokrývajú takmer všetky materiálové systémy. Vo všeobecnosti ich možno podľa chemického zloženia rozdeliť na organické aerogély, anorganické aerogély a kompozitné aerogély atď. Aerogély možno tiež rozdeliť na systémy kremíka, uhlíka, síry, oxidov kovov a kovov podľa ich hlavných zložiek.
Stav a úloha aerogélov
Vedci tvrdia, že aerogély zmenia svet.
Aerogel bol uvedený ako jeden z 10 najhorúcejších vedeckých a technologických problémov v 250. čísle amerického časopisu Science. 20. augusta 2007 The Times oznámili, že aerogél je najľahšia pevná látka na svete, ktorá dokáže odolať výbušnej sile 1 kg dynamitu a ochrániť vás pred teplom horáka nad 1300 °C. Vedci skúmajú použitie aerogélu vo všetkom, od super izolovaných skafandrov cez superkondenzátory, katalyzátory až po ďalšiu generáciu tenisových rakiet. Aerogel sľubuje súperenie s generáciami legendárnych materiálov, ako je fenolová živica z 1930. rokov, uhlíkové vlákno z 1980. rokov a silikón z 1990. rokov.
Aerogel bol niekoľkokrát zapísaný v Guinessovej knihe rekordov ako najľahšia pevná látka na svete. Aerogél má tiež veľmi nízku tepelnú vodivosť a index lomu a je 39-krát viac izolačný ako najlepšie sklenené vlákna. Aerogél bol použitý na tepelnú izoláciu ruskej vesmírnej stanice Mir a amerického roveru Mars Pathfinder a už zohral dôležitú úlohu v leteckom priemysle.
História vývoja aerogélu
V roku 1931 aerogély prvýkrát pripravil Kistler na Stanfordskej univerzite v USA.
V roku 1985 zorganizoval Fyzikálny inštitút na univerzite vo Würzburgu v Nemecku prvé sympózium o aerogéloch, známe ako ISA.
1993 sa aerogély používajú na izoláciu skafandrov, kozmických lodí a raketoplánov.
2002, Aspen Aerogel, spoločnosť NASA, bola založená na vývoj a výrobu aerogélov.
2004, výskum aerogélu realizovaný domácimi čínskymi výskumnými ústavmi.
V roku 2006 začali domáce aerogélové spoločnosti v Číne vyvíjať aerogély.
2017, Čína vyhlásená, GB/T 34336-201, neporézne aerogélové kompozitné izolačné produkty
2021 vydala Štátna rada „Akčný plán na dosiahnutie vrcholu uhlíka do roku 2023“ na urýchlenie výskumu a vývoja uhlíkových vlákien, aerogélu, špeciálnej ocele a iných základných materiálov.
Kľúčové vlastnosti aerogélov
(1) Ultraľahký. Aerogél je tuhá látka s najnižšou hustotou na svete s minimálnou hustotou jednej šestiny hmotnosti vzduchu. Rozsah kolísania hustoty je všeobecne 0.001~1g/cmXNUMX.
(2) Vysoká pórovitosť a vysoký špecifický povrch. Pórovitosť je 80%~99.9%, špecifický povrch je 200~1000m2/g a typická veľkosť pórov je 1~100nm.
(3) Super tepelná izolácia. Tenká nano-sieťová štruktúra aerogélu účinne obmedzuje šírenie lokálnej tepelnej excitácie a jeho tepelná vodivosť v tuhom stave je o 2 ~ 3 rády nižšia ako u zodpovedajúceho sklovitého materiálu.
Princíp aerogélovej tepelnej izolácie
Znížený prenos tepla: Nekonečné množstvo nanočastíc v aerogéli tvorí sieťovú kostru a teplo môže prúdiť len pozdĺž nekonečného množstva nanočastíc. Tepelný tok môže byť vedený iba pozdĺž nekonečného počtu nanočastíc, čo vedie k takmer nekonečnej dráhe prenosu tepla v pevnej látke. Prestup tepla v pevnej látke je znížený na najnižšiu možnú úroveň.
Inhibícia tepelnej konvekcie : Priemerná veľkosť pórov aerogélov je 20 – 40 nm, čo je menej ako priemerný voľný pohyb molekúl plynu 69 nm, a molekuly plynu v póroch strácajú schopnosť voľného pohybu, čím je konvekcia takmer nemožná.
Znížené tepelné žiarenie : Steny pórov tvorené nanočasticami v aerogéloch slúžia ako infračervené štíty a nekonečný počet štítov výrazne znižuje tepelné žiarenie.
(4) Katalýza. Malá veľkosť častíc, vysoký špecifický povrch a nízka hustota aerogélu robia aktivitu a selektivitu aerogélových katalyzátorov oveľa vyššou ako bežné katalyzátory a aktívne zložky môžu byť veľmi rovnomerne dispergované v nosiči a má tiež vynikajúcu tepelnú stabilitu, ktorá môže účinne znížiť výskyt vedľajších reakcií.
(5) Zvuková izolácia. Nízka rýchlosť zvuku aerogélov z nich robí ideálny materiál na akustické oneskorenie alebo vysokoteplotnú zvukovú izoláciu. Variabilný rozsah akustickej impedancie aerogélu je veľký [103 ~ 107 kg/(㎡-s)], čo je ideálnejší spojovací materiál pre akustický odpor pre ultrazvukové detektory. Akustický odpor piezoelektrickej keramiky používanej pre ultrazvukové generátory a detektory je 1.5 × 107 kg/(㎡-s), zatiaľ čo akustický odpor vzduchu je len 400 kg/(㎡-s). Použitie silikónového aerogélu s hrúbkou 1/4 vlnovej dĺžky a hustotou asi 0.3 g/cm³ ako akustického odporu spojovacieho materiálu medzi piezoelektrickou keramikou a vzduchom môže zvýšiť intenzitu zvuku o 30 dB, zlepšiť účinnosť prenosu akustických vĺn a znížiť pomer signálu k šumu v aplikáciách zariadení.
(6) Filtračný výkon. Nanoštruktúrované aerogély môžu byť tiež použité ako nový typ vysoko účinného materiálu na filtráciu plynov. Pre svoju výnimočne veľkú špecifickú plochu sú aerogély označované vedcami ako „super špongie“ a sú ideálne na adsorpciu znečisťujúcich látok vo vode, vysávanie olova a ortuti z vody, čo z nich robí vynikajúci materiál na riešenie ekologických katastrof.
(7) Optické vlastnosti. Čistý aerogél SiO₂ je priehľadný a bezfarebný a jeho index lomu (1.006 ~ 1.06) je veľmi blízky indexu lomu vzduchu, čo znamená, že aerogél SiO₂ nemá takmer žiadnu stratu odrazom dopadajúceho svetla a môže účinne prenášať slnečné svetlo. Preto sa dá použiť na výrobu izolačných a protihlukových skiel.
Viac informácií alebo technický list a kartu bezpečnostných údajov nám, prosím, zavolajte na číslo: + 86-28-8411-1861.
Niektoré obrázky a texty sú reprodukované z internetu a autorské práva patria pôvodnému autorovi. Ak dôjde k porušeniu, kontaktujte nás, aby sme ich odstránili.