Во 1931 година, Кистлер ја одвоил течноста од цврстата материја користејќи техника на алкохолно суперкритично сушење и спречил структурата на гасот да се смалува и колабира, што резултирало со аерогел во светот.
Дефиниција на аерогел
Аерогелот е лесен нанопорозен аморфен цврст материјал со микрочестички во нанометриска размер агрегирани едни со други за да формираат порозна мрежна структура во нанометриска размер и исполнети со голем број гасовити дисперзивни медиуми во мрежниот скелет.
Аерогелите не се само функционален материјал, туку и нова состојба на материјата. Состојбата на аерогелот е фундаментално различна од другите состојби на материјата по многу својства. Има фиксна големина и облик како цврста материја, но неговата очигледна густина може да се движи од максимум 1 g/cm³ до 0.001 g/cm³ (пониска од густината на воздухот); во исто време, има порозна структура слична на сунѓер, со повеќекратни својства на микроскопски (наноскален скелет), макроскопски (кондензирана материја) и мезоскопски (повеќестепена и фрактална структура), што ги прави аерогелите да поседуваат многу уникатни својства. Покажуваат многу ниска топлинска спроводливост, многу низок модул на еластичност, многу ниска фононска брзина, многу низок индекс на прекршување, ниска диелектрична константа, многу мала брзина на звук, висока специфична површина, многу широка распределба на густината и индексот на прекршување итн.
Класификација на аерогелови
Постои широк спектар на аерогелови, кои ги опфаќаат речиси сите материјални системи. Општо земено, според хемискиот состав, тие можат да се поделат на органски аерогелови, неоргански аерогелови и композитни аерогелови итн. Аерогеловите можат да се класифицираат и на силициум, јаглерод, сулфур, метален оксид и метални системи според нивните главни компоненти.
Статусот и улогата на аерогелите
Научниците велат дека аерогелите ќе го променат светот.
Аерогелот беше наведен како едно од 10-те најжешки научни и технолошки прашања во 250-тото издание на американското списание Science. На 20 август 2007 година, The Times објави дека аерогелот е најлесната цврста материја во светот што може да издржи експлозивна моќ од 1 кг динамит и да ве заштити од топлината на ломб над 1300°C. Научниците ја истражуваат употребата на аерогел во сè, од суперизолирани вселенски одела до суперкондензатори, катализатори, па сè до следната генерација тениски рекети. Аерогелот ветува дека ќе им конкурира на генерации легендарни материјали како што се фенолната смола од 1930-тите, јаглеродните влакна од 1980-тите и силиконот од 1990-тите.
Аерогелот е неколку пати наведен во Гинисовата книга на рекорди како најлесно цврсто тело во светот. Аерогелот, исто така, има многу ниска топлинска спроводливост и индекс на прекршување и е 39 пати поизолационен од најдобрите стаклени влакна. Аерогелот се користи за термичка изолација на руската вселенска станица Мир и американскиот ровер Марс Патфајндер, и веќе игра витална улога во воздухопловната индустрија.
Историја на развојот на аерогелот
Во 1931 година, аерогелите за прв пат биле подготвени од Кистлер на Универзитетот Стенфорд, САД.
Во 1985 година, првиот симпозиум за аерогелови, познат како ISA, беше организиран од Институтот за физика на Универзитетот во Вирцбург, Германија.
1993 година, аерогелите се користат за изолација на вселенски одела, вселенски летала и вселенски шатлови.
Во 2002 година, основана е „Аспен Аерогел“, компанија на НАСА, за развој и производство на аерогелови.
2004 година, истражување на аерогелот спроведено од домашни кинески истражувачки институти.
Во 2006 година, домашните компании за аерогелови во Кина почнаа да развиваат аерогелови.
2017, Кина објави, GB/T 34336-201, Непорозни аерогел композитни изолациски производи
Во 2021 година, Државниот совет издаде „Акционен план за достигнување на врвот на јаглеродот до 2023 година“ за забрзување на истражувањето и развојот на јаглеродни влакна, аерогел, специјален челик и други основни материјали.
Клучните својства на аерогелите
(1) Ултра лесен. Аерогелот е најмалку густата цврста материја во светот, со минимална густина од една шестина од масата на воздухот. Опсегот на варијација на густината е генерално 0.001~1g/cm³.
(2) Висока порозност и висока специфична површина. Порозноста е 80%~99.9%, специфичната површина е 200~1000m2/g, а типичната големина на порите е 1~100nm.
(3) Супер термичка изолација. Тенката наномрежна структура на аерогелот ефикасно го ограничува ширењето на локалната термичка возбуда, а неговата топлинска спроводливост во цврста состојба е 2~3 реда на големина помала од онаа на соодветниот стаклен материјал.
Принципот на аерогелска топлинска изолација
Намален пренос на топлинаБесконечниот број на наночестички во аерогелот формира мрежест скелет, а топлината може да тече само по бесконечен број наночестички. Протокот на топлина може да се спроведува само по бесконечен број наночестички, што резултира со речиси бесконечен пат на пренос на топлина во цврстата материја. Преносот на топлина во цврстата материја е намален на најниско можно ниво.
Инхибиција на термичка конвекција : Просечната големина на порите на аерогеловите е 20-40 nm, што е помало од просечниот слободен опсег на молекули на гас од 69 nm, а молекулите на гас во порите ја губат способноста да се движат слободно, што ја прави конвекцијата речиси невозможна.
Намалено топлинско зрачење : Ѕидовите на порите формирани од наночестичките во аерогеловите се инфрацрвени штитови, а бесконечниот број на штитови значително го намалува топлинското зрачење.
(4) Катализа. Малата големина на честичките, високата специфична површина и малата густина на аерогелот ја прават активноста и селективноста на аерогеловите катализатори многу повисоки од конвенционалните катализатори, а активните компоненти можат да бидат многу рамномерно дисперзирани во носачот, а исто така имаат одлична термичка стабилност, што може ефикасно да ја намали појавата на странични реакции.
(5) Звучна изолација. Ниските својства на брзината на звукот на аерогелите ги прават идеален материјал за акустична изолација на одложување или звучна изолација на висока температура. Променливиот опсег на акустична импеданса на аерогелот е голем [103 ~ 107kg/(㎡-s)], што е идеален материјал за спојување на акустичен отпор за ултразвучни детектори. Акустичната отпорност на пиезоелектричната керамика што се користи за ултразвучни генератори и детектори е 1.5×107kg/(㎡-s), додека акустичната отпорност на воздухот е само 400kg/(㎡-s). Употребата на силиконски аерогел со дебелина од 1/4 бранова должина и густина од околу 0.3g/cm³ како материјал за спојување на акустичен отпор помеѓу пиезоелектричната керамика и воздухот може да го зголеми интензитетот на звукот за 30dB, да ја подобри ефикасноста на пренос на акустичните бранови и да го намали односот сигнал-шум во апликациите на уредите.
(6) Перформанси на филтрација. Наноструктурираните аерогелови можат да се користат и како нов вид високо ефикасен материјал за филтрација на гасови. Поради нивната исклучително голема специфична површина, аерогелите од страна на научниците се нарекуваат „супер сунѓери“ и се идеални за адсорпција на загадувачи во водата, вшмукувајќи олово и жива од водата, што ги прави одличен материјал за справување со еколошки катастрофи.
(7) Оптички својства. Чистиот аерогел од SiO₂ е транспарентен и безбоен, а неговиот индекс на прекршување (1.006~1.06) е многу близок до оној на воздухот, што значи дека аерогелот од SiO₂ речиси и да нема рефлектирачки губиток на паѓачката светлина и може ефикасно да ја пропушта сончевата светлина. Затоа, може да се користи за производство на стакло за изолација и намалување на бучавата.
За повеќе информации или за технички лист со датуми и лист со податоци за безбедност на материјалот, ве молиме контактирајте не преку е-пошта: [email protected] или јавете ни се гласовно на: +86-28-8411-1861.
Некои слики и текстови се репродуцираат од Интернет, а авторските права му припаѓаат на оригиналниот автор. Ако има некакво прекршување, ве молиме контактирајте не за да го избришете.