I 1931 skilte Kistler væsken fra faststoffet ved å bruke en alkoholisk superkritisk tørketeknikk og forhindret at strukturen til gassen krympet og kollapset, noe som resulterte i aerogel i verden.
Definisjon av Aerogel
Aerogel er et lett nanoporøst amorft fast materiale med mikropartikler i nanometerskala aggregert med hverandre for å danne en porøs nettverksstruktur i nanometerskala og fylt med et stort antall gassformige dispersjonsmedier i nettverksskjelettet.
Aerogeler er ikke bare et funksjonelt materiale, men også en ny tilstand av materie. Aerogeltilstanden er fundamentalt forskjellig fra andre materietilstander i mange egenskaper. Den har en fast størrelse og form som fast stoff, men dens tilsynelatende tetthet kan variere fra maksimalt 1 g/cm³ til 0.001 g/cm³ (lavere enn luftens tetthet); samtidig har den en svamplignende porøs struktur, med flere egenskaper av mikroskopiske (nanoskala skjelett), makroskopiske (kondensert materie) og mesoskopiske (flernivå- og fraktalstruktur) egenskaper, noe som gjør at aerogel har mange unike egenskaper. Den viser svært lav termisk ledningsevne, svært lav elastisitetsmodul, svært lav fononhastighet, svært lav brytningsindeks, lav dielektrisk konstant, svært lav lydhastighet, høyt spesifikt overflateareal, svært bred tetthet og brytningsindeksfordeling, etc.
Klassifisering av aerogeler
Det finnes et bredt utvalg av aerogeler, som dekker nesten alle materialsystemer. Generelt, i henhold til den kjemiske sammensetningen, kan de deles inn i organiske aerogeler, uorganiske aerogeler og sammensatte aerogeler osv. Aerogeler kan også klassifiseres i silisium-, karbon-, svovel-, metalloksid- og metallsystemer i henhold til hovedkomponentene deres.
Aerogels status og rolle
Forskere sier at aerogeler vil forandre verden.
Aerogel ble oppført som en av de 10 beste vitenskapelige og teknologiske problemene i den 250. utgaven av det amerikanske tidsskriftet Science. Den 20. august 2007 rapporterte The Times at aerogel er verdens letteste faste stoff som kan motstå eksplosive kraften til 1 kg dynamitt og holde deg unna varmen til en blåselampe over 1300 °C. Forskere utforsker bruken av aerogel i alt fra superisolerte romdrakter til superkondensatorer til katalysatorer til neste generasjon tennisracketer. Aerogel lover å konkurrere med generasjoner av legendariske materialer som fenolharpiks fra 1930-tallet, karbonfiber fra 1980-tallet og silikon fra 1990-tallet.
Aerogel har vært oppført i Guinness Book of World Records flere ganger som verdens letteste solid. Aerogel har også svært lav varmeledningsevne og brytningsindeks og er 39 ganger mer isolerende enn de beste glassfibrene. Aerogel har blitt brukt til å termisk isolere den russiske romstasjonen Mir og den amerikanske Mars Pathfinder-roveren, og har allerede spilt en viktig rolle i romfartsindustrien.
Historien om Aerogel-utvikling
I 1931 ble aerogeler først utarbeidet av Kistler ved Stanford University, USA.
1985, det første symposiet om aerogeler, kjent som ISA, ble organisert av Institutt for fysikk ved Universitetet i Würzburg, Tyskland.
1993, aerogeler brukes til å isolere romdrakter, romfartøyer og romferger.
I 2002 ble Aspen Aerogel, et NASA-selskap, etablert for å utvikle og produsere aerogeler.
2004, aerogel-forskning utført av innenlandske kinesiske forskningsinstitutter.
I 2006 begynte innenlandske aerogel-selskaper i Kina å utvikle aerogel.
2017, Kina kunngjort, GB/T 34336-201, Nonporous Airgel Composite Insulation Products
I 2021 utstedte statsrådet "Handlingsplan for karbon når toppen innen 2023" for å akselerere forskning og utvikling av karbonfiber, aerogel, spesialstål og andre grunnleggende materialer.
Nøkkelegenskapene til Aerogels
(1) Ultralett. Aerogel er verdens minst tette faste stoff, med en minimumstetthet på en sjettedel av luftmassen. Variasjonen i tettheten er vanligvis 0.001~1g/cm³.
(2) Høy porøsitet og høyt spesifikt overflateareal. Porøsiteten er 80%~99.9%, det spesifikke overflatearealet er 200~1000m2/g, og den typiske størrelsen på porene er 1~100nm.
(3) Super termisk isolasjon. Aerogelens slanke nanonettverksstruktur begrenser effektivt forplantningen av lokal termisk eksitasjon, og dens solid-state termiske ledningsevne er 2~3 størrelsesordener lavere enn det tilsvarende glassaktige materialet.
Prinsippet for aerogel termisk isolasjon
Redusert termisk overføring: Det uendelige antallet nanopartikler i aerogel danner et mesh-skjelett, og varme kan bare strømme langs et uendelig antall nanopartikler. Varmestrømmen kan bare ledes langs et uendelig antall nanopartikler, noe som resulterer i en nesten uendelig bane for varmeoverføring i faststoffet. Varmeoverføringen i faststoffet reduseres til lavest mulig nivå.
Hemming av termisk konveksjon : Den gjennomsnittlige porestørrelsen til aerogeler er 20–40 nm, som er mindre enn det gjennomsnittlige frie området for gassmolekyler på 69 nm, og gassmolekylene i porene mister evnen til å bevege seg fritt, noe som gjør konveksjon nesten umulig.
Redusert termisk stråling : Poreveggene som dannes av nanopartiklene i aerogeler er infrarøde skjold, og det uendelige antallet skjold reduserer termisk stråling betraktelig.
(4) Katalyse. Den lille partikkelstørrelsen, det høye spesifikke overflatearealet og den lave tettheten av aerogel gjør aktiviteten og selektiviteten til aerogelkatalysatorer mye høyere enn konvensjonelle katalysatorer, og de aktive komponentene kan være veldig jevnt fordelt i bæreren, og den har også utmerket termisk stabilitet, som effektivt kan redusere forekomsten av sidereaksjoner.
(5) Lydisolasjon. De lave lydhastighetsegenskapene til aerogeler gjør dem til et ideelt materiale for akustisk forsinkelse eller høytemperatur lydisolering. Det variable området for akustisk impedans til aerogel er stort [103 ~ 107 kg/(㎡-s)], som er et mer ideelt akustisk motstandskoblingsmateriale for ultralyddetektorer. Den akustiske motstanden til piezoelektrisk keramikk som brukes til ultralydgeneratorer og detektorer er 1.5×107 kg/(㎡-s), mens den akustiske motstanden til luft bare er 400kg/(㎡-s). Bruk av silisiumaerogel med en tykkelse på 1/4 bølgelengde og en tetthet på ca. 0.3 g/cm³ som akustisk motstandskoblingsmateriale mellom piezoelektrisk keramikk og luft kan øke lydintensiteten med 30dB, forbedre overføringseffektiviteten til akustiske bølger og redusere signal-til-støy-forholdet i enhetsapplikasjoner.
(6) Filtreringsytelse. Nanostrukturerte aerogeler kan også brukes som en ny type svært effektivt gassfiltreringsmateriale. På grunn av det eksepsjonelt store spesifikke overflatearealet, omtales aerogeler av forskere som "supersvamper" og er ideelle for å adsorbere forurensninger i vann, suge ut bly og kvikksølv fra vann, noe som gjør dem til et utmerket materiale for å håndtere økologiske katastrofer.
(7) Optiske egenskaper. Ren SiO₂ aerogel er gjennomsiktig og fargeløs, og dens brytningsindeks (1.006~1.06) er veldig nær den for luft, noe som betyr at SiO₂ aerogel nesten ikke har noe refleksjonstap til innfallende lys og effektivt kan overføre sollys. Derfor kan den brukes til å lage isolasjons- og støyreduksjonsglass.
For mer informasjon eller teknisk datablad og sikkerhetsdatablad, vennligst kontakt oss via e-post: [email protected] eller ring oss på: +86-28-8411-1861.
Noen bilder og tekster er gjengitt fra Internett, og opphavsretten tilhører den opprinnelige forfatteren. Hvis det er noen brudd, vennligst kontakt oss for å slette.