I 1931 adskilte Kistler væsken fra det faste stof ved hjælp af en alkoholisk superkritisk tørringsteknik og forhindrede gasstrukturen i at krympe og kollapse, hvilket resulterede i aerogel i verden.
Definition af aerogel
Aerogel er et let nanoporøst amorft fast materiale med nanometerstore mikropartikler aggregeret med hinanden for at danne en nanometerstor porøs netværksstruktur og fyldt med et stort antal gasformige dispersionsmedier i netværksskelettet.
Aerogeler er ikke kun et funktionelt materiale, men også en ny stoftilstand. Aerogeltilstanden er fundamentalt forskellig fra andre stoftilstande på mange måder. Den har en fast størrelse og form ligesom fast stof, men dens tilsyneladende densitet kan variere fra maksimalt 1 g/cm³ til 0.001 g/cm³ (lavere end luftens densitet); samtidig har den en svampelignende porøs struktur med flere egenskaber inden for mikroskopisk (nano-skala skelet), makroskopisk (kondenseret stof) og mesoskopisk (flerniveau- og fraktalstruktur), hvilket gør aerogeler til et unikke materiale. Den udviser meget lav varmeledningsevne, meget lavt elasticitetsmodul, meget lav fononhastighed, meget lavt brydningsindeks, lav dielektricitetskonstant, meget lav lydhastighed, højt specifikt overfladeareal, meget bred densitets- og brydningsindeksfordeling osv.
Klassificering af aerogeler
Der findes en bred vifte af aerogeler, der dækker næsten alle materialesystemer. Generelt kan de, i henhold til den kemiske sammensætning, opdeles i organiske aerogeler, uorganiske aerogeler og komposit-aerogeler osv. Aerogeler kan også klassificeres i silicium-, kulstof-, svovl-, metaloxid- og metalsystemer i henhold til deres hovedkomponenter.
Aerogelers status og rolle
Forskere siger, at aerogeler vil ændre verden.
Aerogel blev opført som et af de 10 mest omtalte emner inden for videnskab og teknologi i det 250. nummer af det amerikanske tidsskrift Science. Den 20. august 2007 rapporterede The Times, at aerogel er verdens letteste faste stof, der kan modstå eksplosionskraften fra 1 kg dynamit og holde dig ude af varmen fra en svejsebrænder over 1300 °C. Forskere undersøger brugen af aerogel i alt fra superisolerede rumdragter til superkondensatorer og katalysatorer til den næste generation af tennisketsjere. Aerogel lover at kunne konkurrere med generationer af legendariske materialer som phenolharpiks fra 1930'erne, kulfiber fra 1980'erne og silikone fra 1990'erne.
Aerogel er flere gange blevet opført i Guinness Rekordbog som verdens letteste faste stof. Aerogel har også en meget lav varmeledningsevne og brydningsindeks og er 39 gange mere isolerende end de bedste glasfibre. Aerogel er blevet brugt til termisk isolering af den russiske Mir-rumstation og den amerikanske Mars Pathfinder-rover og har allerede spillet en afgørende rolle i luftfartsindustrien.
Historien om aerogeludvikling
I 1931 blev aerogeler først fremstillet af Kistler på Stanford University i USA.
I 1985 blev det første symposium om aerogeler, kendt som ISA, organiseret af Institut for Fysik ved universitetet i Würzburg, Tyskland.
1993 bruges aerogeler til at isolere rumdragter, rumfartøjer og rumfærger.
I 2002 blev Aspen Aerogel, et NASA-firma, grundlagt for at udvikle og producere aerogeler.
2004, aerogelforskning udført af indenlandske kinesiske forskningsinstitutter.
I 2006 begyndte indenlandske aerogelvirksomheder i Kina at udvikle aerogeler.
2017, Kina bekendtgjort, GB/T 34336-201, Ikke-porøse aerogelkompositisoleringsprodukter
I 2021 udstedte Statsrådet en "Handlingsplan for kulstof, der når toppen inden 2023" om at fremskynde forskning og udvikling af kulfiber, aerogel, specialstål og andre basismaterialer.
De vigtigste egenskaber ved aerogeler
(1) Ultralet. Aerogel er verdens mindst tætte faste stof med en minimumstæthed på en sjettedel af luftens masse. Variationsområdet for tæthed er generelt 0.001~1 g/cm³.
(2) Høj porøsitet og højt specifikt overfladeareal. Porøsiteten er 80%~99.9%, det specifikke overfladeareal er 200~1000m2/g, og den typiske porestørrelse er 1~100nm.
(3) Super termisk isolering. Aerogelens slanke nano-netværksstruktur begrænser effektivt udbredelsen af lokal termisk excitation, og dens faststofvarmeledningsevne er 2~3 størrelsesordener lavere end det tilsvarende glasagtige materiales.
Princippet for aerogel-termisk isolering
Reduceret varmeoverførselDet uendelige antal nanopartikler i aerogel danner et netskelet, og varme kan kun strømme langs et uendeligt antal nanopartikler. Varmestrømmen kan kun ledes langs et uendeligt antal nanopartikler, hvilket resulterer i en næsten uendelig varmeoverføringsbane i det faste stof. Varmeoverføringen i det faste stof reduceres til det lavest mulige niveau.
Hæmning af termisk konvektion : Den gennemsnitlige porestørrelse for aerogeler er 20-40 nm, hvilket er mindre end det gennemsnitlige frie område for gasmolekyler på 69 nm, og gasmolekylerne i porerne mister deres evne til at bevæge sig frit, hvilket gør konvektion næsten umulig.
Reduceret termisk stråling : Porevæggene dannet af nanopartiklerne i aerogeler er infrarøde skjolde, og det uendelige antal skjolde reducerer termisk stråling i høj grad.
(4) Katalyse. Aerogelens lille partikelstørrelse, høje specifikke overfladeareal og lave densitet gør aerogelkatalysatorernes aktivitet og selektivitet meget højere end konventionelle katalysatorers, og de aktive komponenter kan dispergeres meget ensartet i bæreren, og den har også fremragende termisk stabilitet, hvilket effektivt kan reducere forekomsten af sidereaktioner.
(5) Lydisolering. Aerogelers egenskaber ved lav lydhastighed gør dem til et ideelt materiale til akustisk forsinkelse eller lydisolering ved høje temperaturer. Det variable interval for akustisk impedans for aerogel er stort [103 ~ 107 kg/(㎡-s)], hvilket er et mere ideelt akustisk modstandskoblingsmateriale til ultralydsdetektorer. Den akustiske modstand af piezoelektrisk keramik, der anvendes til ultralydsgeneratorer og detektorer, er 1.5 × 107 kg/(㎡-s), mens den akustiske modstand af luft kun er 400 kg/(㎡-s). Brug af silicium-aerogel med en tykkelse på 1/4 bølgelængde og en densitet på ca. 0.3 g/cm³ som akustisk modstandskoblingsmateriale mellem piezoelektrisk keramik og luft kan øge lydintensiteten med 30 dB, forbedre transmissionseffektiviteten af akustiske bølger og reducere signal-støj-forholdet i enhedsapplikationer.
(6) Filtreringsevne. Nanostrukturerede aerogeler kan også bruges som en ny type højeffektivt gasfiltreringsmateriale. På grund af deres usædvanligt store specifikke overfladeareal kaldes aerogeler af forskere for "supersvampe" og er ideelle til at adsorbere forurenende stoffer i vand, suge bly og kviksølv ud af vand, hvilket gør dem til et fremragende materiale til håndtering af økologiske katastrofer.
(7) Optiske egenskaber. Ren SiO₂ aerogel er transparent og farveløs, og dens brydningsindeks (1.006~1.06) er meget tæt på luftens, hvilket betyder, at SiO₂ aerogel næsten ikke har noget reflektionstab fra indfaldende lys og effektivt kan transmittere sollys. Derfor kan den bruges til at fremstille isolerings- og støjreducerende glas.
For yderligere information eller teknisk datablad og sikkerhedsdatablad, kontakt os venligst via e-mail: [email protected] eller telefonisk på: +86-28-8411-1861.
Nogle billeder og tekster er gengivet fra internettet, og ophavsretten tilhører den originale forfatter. Hvis der er nogen overtrædelse, bedes du kontakte os for at slette.