Ano ang Aerogel?

Ang Kapanganakan ni Airgel

Noong 1931, pinaghiwalay ni Kistler ang likido mula sa solid sa pamamagitan ng paggamit ng alcoholic supercritical drying technique at pinanatili ang istraktura ng gas mula sa pag-urong at pagbagsak, na nagreresulta sa airgel sa mundo.

Kahulugan ng Airgel
Ang Airgel ay isang magaan na nano-porous amorphous solid na materyal na may nanometer-scale micro-particle na pinagsama-sama sa isa't isa upang bumuo ng nanometer-scale porous na istraktura ng network at puno ng malaking bilang ng gaseous dispersion media sa network skeleton.

Ang mga aerogels ay hindi lamang isang functional na materyal, kundi pati na rin isang bagong estado ng bagay. Ang estado ng airgel ay sa panimula ay naiiba sa ibang mga estado ng bagay sa maraming mga katangian. Mayroon itong nakapirming laki at hugis tulad ng solid matter, ngunit ang maliwanag na density nito ay maaaring sumasaklaw mula sa maximum na 1 g/cm³ hanggang 0.001 g/cm³ (mas mababa kaysa sa density ng hangin); kasabay nito, mayroon itong tulad-sponge na buhaghag na istraktura, na may maraming katangian ng microscopic (nano-scale skeleton), macroscopic (condensed matter) at mesoscopic (multi-level at fractal structure) na mga katangian, na ginagawang ang mga aerogels ay nagtataglay ng maraming natatanging katangian. Nagpapakita ito ng napakababang thermal conductivity, napakababang modulus ng elasticity, napakababang phonon rate, napakababang refractive index, mababang dielectric constant, napakababang bilis ng tunog, mataas na tiyak na surface area, napakalawak na density at refractive index distribution, atbp.

Pag-uuri ng Aerogels
Mayroong malawak na hanay ng mga aerogels, na sumasaklaw sa halos lahat ng materyal na sistema. Sa pangkalahatan, ayon sa komposisyon ng kemikal, maaari silang nahahati sa mga organikong aerogels, hindi organikong aerogels at pinagsama-samang aerogels, atbp. Ang mga aerogels ay maaari ding uriin sa silicon, carbon, sulfur, metal oxide at metal system ayon sa kanilang mga pangunahing bahagi.

Ang Katayuan at Papel ng Aerogels
Sinasabi ng mga siyentipiko na babaguhin ng mga aerogels ang mundo.

Ang Airgel ay nakalista bilang isa sa nangungunang 10 mainit na isyu sa agham at teknolohiya sa ika-250 na isyu ng US journal Science. Noong Agosto 20, 2007, iniulat ng The Times na ang airgel ay ang pinakamagaan na solido sa mundo na makatiis sa lakas ng pagsabog ng 1kg ng dinamita at ilayo ka sa init ng isang blowtorch sa itaas ng 1300°C. Sinisiyasat ng mga siyentipiko ang paggamit ng airgel sa lahat ng bagay mula sa super-insulated space suit hanggang sa mga supercapacitor hanggang sa mga catalyst hanggang sa susunod na henerasyon ng mga tennis racket. Nangangako ang Airgel na kalabanin ang mga henerasyon ng mga maalamat na materyales tulad ng phenolic resin mula noong 1930s, carbon fiber mula noong 1980s at silicone mula noong 1990s.

Ang Airgel ay ilang beses na nakalista sa Guinness Book of World Records bilang pinakamagaan na solid sa mundo. Ang Airgel ay mayroon ding napakababang thermal conductivity at refractive index at 39 beses na mas insulating kaysa sa pinakamahusay na glass fibers. Ang Airgel ay ginamit upang thermally insulate ang Russian Mir space station at ang US Mars Pathfinder rover, at nagkaroon na ng mahalagang papel sa industriya ng aerospace.

Kasaysayan ng Pag-unlad ng Airgel
1931, ang mga aerogels ay unang inihanda ni Kistler sa Stanford University, USA.
1985, ang unang symposium sa aerogels, na kilala bilang ISA, ay inorganisa ng Institute of Physics sa Unibersidad ng Würzburg, Germany.
Noong 1993, ginamit ang mga aerogels para i-insulate ang mga spacesuit, spacecraft at space shuttle.
2002, ang Aspen Aerogel, isang kumpanya ng NASA, ay itinatag upang bumuo at gumawa ng mga aerogels.
2004, airgel pananaliksik na isinagawa ng domestic Chinese research institutes.
2006, ang mga domestic airgel na kumpanya sa China ay nagsimulang bumuo ng mga aerogels.
2017, ipinahayag ng China, GB/T 34336-201, Nonporous Airgel Composite Insulation Products
2021, ang Konseho ng Estado ay naglabas ng, "Action Plan for Carbon Reaching the Peak by 2023" sa pagpapabilis ng pananaliksik at pagpapaunlad ng carbon fiber, aerogel, espesyal na bakal at iba pang pangunahing materyales.

Ang Mga Pangunahing Katangian ng Aerogels
(1) Napakaliwanag. Ang Airgel ay ang pinakamababang siksik na solid sa mundo, na may pinakamababang density ng isang-ikaanim ng masa ng hangin. Ang saklaw ng pagkakaiba-iba ng density ay karaniwang 0.001~1g/cm³.

(2) Mataas na porosity at mataas na tiyak na lugar sa ibabaw. Ang porosity ay 80%~99.9%, ang tiyak na lugar sa ibabaw ay 200~1000m2/g, at ang karaniwang sukat ng mga pores ay 1~100nm.

(3) Super thermal insulation. Ang slim nano-network na istraktura ng aerogel ay epektibong nililimitahan ang pagpapalaganap ng lokal na thermal excitation, at ang solid-state thermal conductivity nito ay 2~3 order ng magnitude na mas mababa kaysa sa katumbas na glassy material.

Ang prinsipyo ng airgel thermal insulation
Nabawasan ang thermal transfer: Ang walang katapusang bilang ng mga nanoparticle sa airgel ay bumubuo ng isang mesh skeleton, at ang init ay maaari lamang dumaloy sa isang walang katapusang bilang ng mga nanoparticle. Ang daloy ng init ay maaari lamang isagawa kasama ang isang walang katapusang bilang ng mga nanoparticle, na nagreresulta sa isang halos walang katapusang landas ng paglipat ng init sa solid. Ang paglipat ng init sa solid ay nabawasan sa pinakamababang posibleng antas.

Pagpigil sa thermal convection : Ang karaniwang laki ng butas ng mga aerogel ay 20-40 nm, na mas maliit kaysa sa karaniwang free range ng mga molekula ng gas na 69 nm, at ang mga molekula ng gas sa mga butas ay nawawalan ng kakayahang malayang gumalaw, na halos imposibleng magdulot ng convection.

Nabawasang thermal radiation : Ang mga pore wall na nabuo ng mga nanoparticle sa mga aerogel ay mga infrared shield, at ang walang katapusang bilang ng mga shield ay lubos na nakakabawas ng thermal radiation.

(4) Catalysis. Ang maliit na laki ng butil, mataas na tiyak na lugar ng ibabaw at mababang density ng airgel ay ginagawang mas mataas ang aktibidad at selectivity ng mga airgel catalyst kaysa sa maginoo na mga catalyst, at ang mga aktibong sangkap ay maaaring magkalat nang pantay-pantay sa carrier, at mayroon din itong mahusay na thermal stability, na maaaring epektibong mabawasan ang paglitaw ng mga side reaction.

(5) Sound insulation. Ang mga katangian ng mababang bilis ng tunog ng mga aerogels ay ginagawa silang isang perpektong materyal para sa pagkaantala ng tunog o mataas na temperatura na pagkakabukod ng tunog. Ang variable na hanay ng acoustic impedance ng airgel ay malaki [103 ~ 107kg/(㎡-s)], na isang mas perpektong acoustic resistance coupling material para sa mga ultrasonic detector. Ang acoustic resistance ng piezoelectric ceramics na ginagamit para sa mga ultrasonic generator at detector ay 1.5×107kg/(㎡-s), habang ang acoustic resistance ng hangin ay 400kg/(㎡-s lamang). Ang paggamit ng silicon airgel na may kapal na 1/4 wavelength at density na humigit-kumulang 0.3g/cm³ bilang ang acoustic resistance coupling material sa pagitan ng piezoelectric ceramics at air ay maaaring tumaas ang sound intensity ng 30dB, mapabuti ang transmission efficiency ng acoustic waves at mabawasan ang signal-to-noise ratio sa mga application ng device.

(6) Pagganap ng pagsasala. Ang mga nanostructured aerogels ay maaari ding gamitin bilang isang bagong uri ng napakahusay na materyal sa pagsasala ng gas. Dahil sa napakalaking partikular na surface area nito, ang mga aerogels ay tinutukoy ng mga siyentipiko bilang "super sponge" at mainam para sa pagsipsip ng mga pollutant sa tubig, pagsipsip ng lead at mercury mula sa tubig, na ginagawa itong isang mahusay na materyal para sa pagharap sa mga sakuna sa ekolohiya.

(7) Mga katangian ng optical. Ang purong SiO₂ airgel ay transparent at walang kulay, at ang refractive index nito (1.006~1.06) ay napakalapit sa hangin, na nangangahulugan na ang SiO₂ airgel ay halos walang pagkawala ng pagmuni-muni sa liwanag ng insidente at epektibong makapagpapadala ng sikat ng araw. Samakatuwid, maaari itong magamit upang gumawa ng pagkakabukod at pagbawas ng ingay na salamin.

Para sa karagdagang impormasyon o Technical Date Sheet & Material Safety Data Sheet, mangyaring makipag-ugnayan sa amin sa pamamagitan ng email: [email protected] , o mag-text sa amin sa: +86-28-8411-1861.

Ang ilang mga larawan at teksto ay ginawa mula sa Internet, at ang copyright ay pagmamay-ari ng orihinal na may-akda. Kung mayroong anumang paglabag, mangyaring makipag-ugnayan sa amin upang tanggalin.