Pada tahun 1931, Kistler mengasingkan cecair daripada pepejal dengan menggunakan teknik pengeringan superkritikal alkohol dan mengekalkan struktur gas daripada mengecut dan runtuh, mengakibatkan aerogel di dunia.
Definisi Airgel
Airgel ialah bahan pepejal amorfus berliang nano ringan dengan zarah mikro berskala nanometer yang diagregatkan antara satu sama lain untuk membentuk struktur rangkaian berliang berskala nanometer dan diisi dengan sejumlah besar media penyebaran gas dalam rangka rangkaian.
Aerogel bukan sahaja bahan berfungsi, tetapi juga keadaan jirim baru. Keadaan aerogel pada asasnya berbeza daripada keadaan jirim lain dalam banyak sifat. Ia mempunyai saiz dan bentuk tetap seperti bahan pepejal, namun ketumpatan ketaranya boleh menjangkau dari maksimum 1 g/cm³ hingga 0.001 g/cm³ (lebih rendah daripada ketumpatan udara); pada masa yang sama, ia mempunyai struktur berliang seperti span, dengan ciri-ciri berbilang mikroskopik (rangka berskala nano), makroskopik (jirim pekat) dan mesoskopik (berbilang peringkat dan struktur fraktal), menjadikan aerogel mempunyai banyak sifat unik. Ia mempamerkan kekonduksian terma yang sangat rendah, modulus keanjalan yang sangat rendah, kadar fonon yang sangat rendah, indeks biasan yang sangat rendah, pemalar dielektrik yang rendah, kelajuan bunyi yang sangat rendah, luas permukaan spesifik yang tinggi, ketumpatan yang sangat luas dan taburan indeks biasan, dsb.
Klasifikasi Aerogel
Terdapat pelbagai jenis aerogel, meliputi hampir semua sistem material. Secara amnya, mengikut komposisi kimia, ia boleh dibahagikan kepada aerogel organik, aerogel tak organik dan aerogel komposit, dsb. Aerogel juga boleh dikelaskan kepada sistem silikon, karbon, sulfur, oksida logam dan logam mengikut komponen utamanya.
Status & Peranan Aerogel
Para saintis berkata aerogel akan mengubah dunia.
Airgel disenaraikan sebagai salah satu daripada 10 isu sains dan teknologi hangat dalam terbitan ke-250 jurnal Sains AS. Pada 20 Ogos 2007, The Times melaporkan bahawa aerogel ialah pepejal paling ringan di dunia yang boleh menahan kuasa letupan 1kg dinamit dan mengelakkan anda daripada kepanasan sumpitan melebihi 1300°C. Para saintis sedang meneroka penggunaan aerogel dalam segala-galanya daripada sut angkasa bertebat super kepada supercapacitors kepada pemangkin kepada generasi raket tenis seterusnya. Airgel berjanji untuk menyaingi generasi bahan legenda seperti resin fenolik dari 1930-an, gentian karbon dari 1980-an dan silikon dari 1990-an.
Airgel telah disenaraikan dalam Buku Rekod Dunia Guinness beberapa kali sebagai pepejal paling ringan di dunia. Airgel juga mempunyai kekonduksian terma dan indeks biasan yang sangat rendah dan 39 kali lebih penebat daripada gentian kaca terbaik. Airgel telah digunakan untuk menebat secara haba stesen angkasa Mir Rusia dan rover Pathfinder Marikh AS, dan telah memainkan peranan penting dalam industri aeroangkasa.
Sejarah Perkembangan Airgel
1931, aerogel pertama kali disediakan oleh Kistler di Universiti Stanford, Amerika Syarikat.
1985, simposium pertama mengenai aerogel, dikenali sebagai ISA, telah dianjurkan oleh Institut Fizik di Universiti Würzburg, Jerman.
1993, aerogel digunakan untuk melindungi pakaian angkasa lepas, kapal angkasa dan pesawat ulang-alik.
2002, Aspen Aerogel, sebuah syarikat NASA, telah ditubuhkan untuk membangun dan menghasilkan aerogel.
2004, penyelidikan aerogel yang dijalankan oleh institut penyelidikan domestik China.
2006, syarikat aerogel domestik di China mula membangunkan aerogel.
2017, China diisytiharkan, GB/T 34336-201, Produk Penebat Komposit Airgel tidak berliang
2021, Majlis Negeri mengeluarkan, "Pelan Tindakan Karbon Mencapai Puncak Menjelang 2023" untuk mempercepatkan penyelidikan dan pembangunan gentian karbon, aerogel, keluli khas dan bahan asas lain.
Sifat Utama Aerogel
(1) Ultra-ringan. Airgel ialah pepejal paling kurang tumpat di dunia, dengan ketumpatan minimum satu perenam daripada jisim udara. Julat variasi ketumpatan biasanya 0.001~1g/cm³.
(2) Keliangan yang tinggi dan luas permukaan spesifik yang tinggi. Keliangan ialah 80%~99.9%, luas permukaan tertentu ialah 200~1000m2/g, dan saiz tipikal liang ialah 1~100nm.
(3) Penebat haba super. Struktur rangkaian nano tipis aerogel dengan berkesan mengehadkan perambatan pengujaan terma tempatan, dan kekonduksian terma keadaan pepejalnya adalah 2~3 susunan magnitud lebih rendah daripada bahan kaca yang sepadan.
Prinsip penebat haba airgel
Pemindahan haba yang dikurangkan: Bilangan nanopartikel yang tidak terhingga dalam aerogel membentuk rangka jaringan, dan haba hanya boleh mengalir di sepanjang bilangan nanopartikel yang tidak terhingga. Aliran haba hanya boleh dijalankan sepanjang bilangan nanopartikel yang tidak terhingga, menghasilkan laluan pemindahan haba yang hampir tidak terhingga dalam pepejal. Pemindahan haba dalam pepejal dikurangkan ke tahap yang paling rendah.
Perencatan perolakan terma : Saiz liang purata aerogel ialah 20-40 nm, yang lebih kecil daripada julat bebas purata molekul gas iaitu 69 nm, dan molekul gas dalam liang kehilangan keupayaannya untuk bergerak bebas, menjadikan perolakan hampir mustahil.
Sinaran haba yang dikurangkan : Dinding liang yang dibentuk oleh nanopartikel dalam aerogel adalah perisai inframerah, dan bilangan perisai yang tidak terhingga dapat mengurangkan sinaran haba dengan ketara.
(4) Pemangkinan. Saiz zarah yang kecil, luas permukaan spesifik yang tinggi dan ketumpatan rendah aerogel menjadikan aktiviti dan selektiviti pemangkin aerogel jauh lebih tinggi daripada pemangkin konvensional, dan komponen aktif boleh tersebar dengan sangat seragam dalam pembawa, dan ia juga mempunyai kestabilan haba yang sangat baik, yang boleh mengurangkan berlakunya tindak balas sampingan dengan berkesan.
(5) Penebat bunyi. Sifat halaju bunyi rendah aerogel menjadikannya bahan ideal untuk kelewatan akustik atau penebat bunyi suhu tinggi. Julat pembolehubah impedans akustik aerogel adalah besar [103 ~ 107kg/(㎡-s)], yang merupakan bahan gandingan rintangan akustik yang lebih ideal untuk pengesan ultrasonik. Rintangan akustik seramik piezoelektrik yang digunakan untuk penjana ultrasonik dan pengesan ialah 1.5×107kg/(㎡-s), manakala rintangan akustik udara hanya 400kg/(㎡-s). Menggunakan aerogel silikon dengan ketebalan 1/4 panjang gelombang dan ketumpatan kira-kira 0.3g/cm³ sebagai bahan gandingan rintangan akustik antara seramik piezoelektrik dan udara boleh meningkatkan keamatan bunyi sebanyak 30dB, meningkatkan kecekapan penghantaran gelombang akustik dan mengurangkan nisbah isyarat kepada bunyi dalam aplikasi peranti.
(6) Prestasi penapisan. Aerogel berstruktur nano juga boleh digunakan sebagai jenis baru bahan penapisan gas yang sangat cekap. Oleh kerana kawasan permukaan khusus yang sangat besar, aerogel dirujuk oleh saintis sebagai "span super" dan sesuai untuk menyerap bahan pencemar dalam air, menyedut plumbum dan merkuri daripada air, menjadikannya bahan yang sangat baik untuk menangani bencana ekologi.
(7) Sifat optik. Airgel SiO₂ tulen adalah lutsinar dan tidak berwarna, dan indeks biasannya (1.006~1.06) sangat hampir dengan udara, yang bermaksud bahawa aerogel SiO₂ hampir tiada kehilangan pantulan kepada cahaya kejadian dan boleh menghantar cahaya matahari dengan berkesan. Oleh itu, ia boleh digunakan untuk membuat kaca penebat dan pengurangan hingar.
Untuk maklumat lanjut atau Helaian Tarikh Teknikal & Helaian Data Keselamatan Bahan, sila hubungi kami melalui e-mel: [email protected] , atau hubungi kami di: +86-28-8411-1861.
Beberapa gambar dan teks diterbitkan semula dari Internet, dan hak cipta adalah milik pengarang asal. Jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadam.