Разни

Airgel: Футуристичният материал, възпрепятстван от ограниченията в реалния свят

Airgel: Футуристичният материал, възпрепятстван от ограниченията в реалния свят


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Аерогелът е материал, който озадачи научната общност поради впечатляващите си физични и химични свойства. Аерогелът е твърд материал, който притежава уникални характеристики в сравнение с други твърди вещества.

Това е частта, която предизвиква любопитство у всеки, който се интересува от Aerogels. Най-лекото твърдо вещество, което някога е било създадено на земята, е Airgel.

Състои се от 97% въздух, като същевременно запазва структурните свойства на твърдото вещество.

СВЪРЗАНИ: ВЕЩЕ СЕГА МОЖЕ ДА СЕ ОФОРМИ ОТ ОТПАДЪЧНА ХАРТИЯ

Терминът Airgel произлиза от две думи - Air и Gel. И това име има история!

Airgel е изобретен от Самюел Стивънс Кистлер. Самуел беше очарован от желето поради двойствената му природа да действа както твърдо, така и като течност.

Причината, поради която желето има свойства на течно и твърдо, е, че е комбинация и от двете. Пореста желатинова структура задържа водата в нея, създавайки псевдо вещество.

Самуел се чудеше какво ще се случи, ако замени съдържанието на вода с въздух. Ако обаче гелът се изсуши просто, той ще свие твърдата структура, което води до пукнатини.

Той разбра, че силно микропорестата структура на гела се срутва поради високите сили на повърхностно напрежение, упражнявани от течността. И така, той разгледа алтернативни начини за отстраняване на течността, без да навреди на твърдата структура.
И той излезе с идеята да замени водата с алкохол.

Когато алкохолът се превърне в свръхкритично състояние, той се превръща в състояние между газ и течност и няма да има повърхностно напрежение. Твърдата микропореста структура е направена с помощта на силициев диоксид.

След като алкохолът се изпари, се образува първият аерогел. Най-просто казано, Airgel е направен от отстраняване на вода или разтворител от желатинова структура.

Физически свойства на Airgel

Причината, поради която Airgel изглежда полупрозрачен, е поради факта, че голяма част от материала е само въздух. Това обяснява и много ниската му плътност.

Те са най-леките твърди вещества на земята и дори шест фута човешки блок Airgel ще тежи само един килограм. Световният рекорд на Гинес за най-лекия 3D печатен материал е графенов аерогел, отпечатан от Dong Lin.

Airgel има и други уникални физични свойства и едно от тях е невероятната изолация срещу топлина (0,023 W / mK при 100 ° C).

Airgel също има отлични акустични свойства, като се гордее с 10 до 1000 пъти по-добра звукоизолация от полиуретановите форми.

Тъй като структурата се състои само от 3% твърдо вещество, Airgel е много крехка. Двата основни твърди материала, използвани за приготвянето на Airgel, са силициев диоксид и въглерод.

Както обсъждахме, Airgel се прави чрез премахване на водното съдържание / разтворител от гел и замяната му с въздух. Съвременният метод за производство на Airgel използва процес, наречен зол-гел.

Новият производствен процес е разработен през 1983 г. от Arlon Hunt и Microstructured Materials Group. Те са използвали TEOS или Tetraethylorthosilicate при производството на Airgel, което е много по-безопасно от метода TMOS, който се е използвал дотогава.

Друго развитие беше използването на течен въглероден диоксид, който замени употребата на алкохол като основен разтворител. Използването на TMOS и алкохол в продукта Airgel го направи много опасен процес.

Имаме ясен пример за опустошителния им характер под формата на експлозия, която унищожи завод за производство на Airgel в Швеция.

Новият производствен процес дава същия добив като този на TMOS без опасностите.

Физическите характеристики на Airgel го превръщат в един от най-изследваните от човека материали. В днешно време можете да намерите Airgel в козметика, бои, хидрокостюми и др.

Използването им в авиокосмическата индустрия обаче се разширява само от момента на тяхното изобретение. Airgel дори е бил използван за улавяне на комета и междузвезден прах в мисията на НАСА Stardust.

Този уникален материал е използван като изолационен материал, който поддържа Марс Експлорейшън Ровър топъл по време на своята мисия.

Едно от съвременните приложения на Airgel включва използването му като изолационен материал за сгради.

Airgel windows е нова технология, която поставя аерогел между два листа стъкло. Те са по-леки от трислойните стъклени прозорци и имат много по-добри изолационни свойства.

Едно от съвременните приложения на Airgel включва използването му като изолационен материал за сгради. Изолацията на дома на Airgel включва продукти като завивки на Airgel и чаршафи на Airgel.

Ново изобретение, наречено памучен Airgel, сега прави вълни в няколко индустрии. Памучният аерогел може да се използва като изолационен материал, който може да замени конвенционалните обемни якета.

Изненадващо приложение е използването на памучен аерогел като устройство за контрол на кръвоизлива. Материалът може да се инжектира в кървяща рана и той ще се разшири, оказвайки натиск върху раната, спирайки я от кървене.

Контролерите за изпускане на памучен аерогел са разработени от изследователите от NUS.

От приложенията му трябва да сте забелязали, че индустриите използват Airgel за изолационните си свойства. Как аерогелът се превръща в толкова добър изолатор?

Airgel се състои от две части - силициев диоксид и въздух. Твърдите вещества от силициев диоксид не са добри проводници на топлина и съставляват само 3% от общия материал. Останалото е въздух.

Когато преглеждате свойствата на въздуха, става ясно, че въздухът има много ниска топлопроводимост. Такива фактори правят Airgel много лек, правейки масовото провеждане невъзможно.

На второ място, Airgel има изключително малки пори, обикновено между 2-50 nm в диаметър. Тези пори са толкова малки, че е трудно въздухът да дифузира през материала и да предава конвективната топлина.

Това явление е известно като „ефектът на Кнудсен“ и отделя аерогелите от други видове пяна.

Важно е обаче да се отбележи, че аерогелите не са непременно ефективни изолатори, когато става въпрос за радиационна топлина. Възможно е да се предава топлина чрез аерогели при високи температури чрез инфрачервена енергия.

За да се противодействат на това, много търговски изолационни продукти с аерогел имат допълнителни материали. Те са известни като IR помътнители, които отразяват или абсорбират инфрачервеното излъчване.

Що се отнася до електричеството, Airgel може да бъде проводим или непроводим на базата на използваните твърди вещества. Аерогелите, направени с поли (3,4-телендиокситиофен): поли (4-стиренсулфонат) (PEDOT: PSS) обикновено са проводими.

Аерогелът в твърдо състояние, напоен с въглеродни нанотръби и някои други добавки, доказано превъзхожда значително конвенционалната звукоизолация.

Водоустойчив ли е Airgel?

Отново такива характеристики зависят от твърдите вещества, използвани в аерогела. Чрез промяна на твърдите структури и добавки е възможно да се променят свойствата на аерогела. Например, индустриалните силикагелни аерогелни материали са специално формулирани като хидрофобни (водоотблъскващи).

Аерогелите на основата на оксид не са водоустойчиви. Те обаче могат лесно да бъдат модифицирани, за да станат водоустойчиви с помощта на добавки.

Обсъждахме подробно за удивителните свойства на Airgel и как той може да ни бъде от полза по повече от един начин. Сине, защо технологията все още не е широко разпространена?

Има повече от една причина за това. Първият е фактът, че Airgel е много труден за производство, дори с напредъка, който имаме по време на неговото производство.

Най-големият панел Airgel, който индустрията успя да произведе, беше панел 90x90 cm. И този размер е възможен само чрез високо усъвършенствани машини.

Ако трябва да търсите аерогели, които да купите, най-високата спецификация, която можете да намерите, е 30x30cm. Трябва да се правят специални поръчки, ако имате нужда от по-големи размери.

Цената е друг фактор, който пречи на мнозина да използват или експериментират с Airgel. Скъпият производствен процес води до прехвърляне на тези разходи към купувачите.

Резултатът е, че силициев аерогел с размери 2,5 cm x 2,5 cm x 1,0 cm струва над 50 долара.

Едно от основните предизвикателства, пред които е изправена индустрията Airgel, е крехката природа на твърдото вещество. Не се заблуждавайте, материалът е здрав и може да задържи многократно теглото си.

Материалът обаче не се държи добре при напрежение.

Напредък се случва към опростяване на производствения процес на Airgel и подобряване на неговата структурна цялост. След като тези ограничения бъдат адресирани, Airgel ще достигне до повече хора и продукти.

Липсата на индустрии, свързани с производството на Airgel, също е друга причина, поради която Aerogels не са толкова популярни.

Airgel несъмнено е един от чудодейните материали, които сме измислили. Материалът има огромен потенциал в многото си форми и комбинации.

СВЪРЗАНИ: 9 ИНТЕРЕСНИ МАТЕРИАЛА, КОИТО МОГАТ ДА ОФОРМЯТ БЪДЕЩЕТО

Можем да очакваме ограниченията, свързани с Aerogels, да отпаднат скоро. Това ще намали цената на този уникален материал и ще подобри производствените нива.

Тъй като обхватът на приложенията на Airgel продължава да нараства, вероятно е повече компании да инвестират в производството на Airgel. Това в крайна сметка ще подобри технологията и ще помогне на материала да достигне до масите.


Гледай видеото: How does Aerogel technology work? (Може 2022).