Różne

Airgel: Futurystyczny materiał utrudniony przez ograniczenia w świecie rzeczywistym

Airgel: Futurystyczny materiał utrudniony przez ograniczenia w świecie rzeczywistym


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.

Aerożel to materiał, który zdziwił społeczność naukową ze względu na imponujące właściwości fizyczne i chemiczne. Aerożel to solidny materiał, który posiada unikalne właściwości w porównaniu do innych ciał stałych.

To jest ta część, która wzbudza ciekawość u wszystkich zainteresowanych aerożelami. Najlżejszym ciałem stałym, jakie kiedykolwiek stworzono na ziemi, jest aerożel.

W 97% składał się z powietrza, zachowując jednocześnie właściwości strukturalne ciała stałego.

POWIĄZANE: AIRGEL MOŻE TERAZ BYĆ UTWORZONY Z PAPIERU ODPADOWEGO

Termin aerożel pochodzi od dwóch słów - powietrze i żel. A to imię ma historię!

Airgel został wymyślony przez Samuela Stephensa Kistlera. Samuel był zafascynowany galaretką ze względu na jej podwójną naturę, działającą zarówno jako ciało stałe, jak i płyn.

Powodem, dla którego galaretka ma właściwości cieczy i ciała stałego, jest to, że jest połączeniem obu. Porowata struktura żelatyny zatrzymuje wodę, tworząc pseudo substancję.

Samuel zastanawiał się, co by się stało, gdyby zastąpił zawartość wody powietrzem. Jeśli jednak żel był suszony po prostu, skurczyłby stałą strukturę, prowadząc do pęknięć.

Rozumiał, że wysoce mikroporowata struktura żelu zapada się z powodu dużych sił napięcia powierzchniowego wywieranych przez ciecz. Dlatego szukał alternatywnych sposobów usuwania cieczy bez uszkadzania stałej struktury.
I wpadł na pomysł zastąpienia wody alkoholem.

Kiedy alkohol przekształca się w stan nadkrytyczny, przechodzi w stan między gazem a cieczą i nie będzie miał napięcia powierzchniowego. Solidną mikroporowatą strukturę wykonano przy użyciu krzemionki.

Gdy alkohol wyparował, powstał pierwszy aerożel. Najprościej rzecz ujmując, aerożel powstaje z usuwania wody lub rozpuszczalnika z galaretowatej struktury.

Właściwości fizyczne aerożelu

Powodem, dla którego Airgel wygląda na półprzezroczysty, jest fakt, że duża część materiału to tylko powietrze. To również wyjaśnia jego bardzo małą gęstość.

Są to najlżejsze ciała stałe na ziemi, a nawet sześciostopowy blok aerożelu waży tylko około jednego funta. Rekord Guinnessa dla najlżejszego materiału drukowanego w 3D to grafen Airgel wydrukowany przez Dong Lin.

Aerożel ma inne wyjątkowe właściwości fizyczne, a jedną z nich jest niesamowita izolacja przed ciepłem (0,023 W / mK przy 100˚C).

Aerożel ma również doskonałe właściwości akustyczne, oferując 10 do 1000 razy lepszą izolację akustyczną niż formy poliuretanowe.

Ponieważ struktura składa się tylko z 3% ciał stałych, aerożel jest bardzo delikatny. Dwa główne stałe materiały użyte do przygotowania aerożelu to krzemionka i węgiel.

Jak już wspomnieliśmy, aerożel jest wytwarzany poprzez usunięcie wody / rozpuszczalnika z żelu i zastąpienie go powietrzem. Nowoczesna metoda wytwarzania aerożelu wykorzystuje proces zwany zol-żel.

Nowy proces produkcyjny został opracowany w 1983 roku przez firmę Arlon Hunt i grupę materiałów mikrostrukturalnych. Do produkcji aerożelu użyli TEOS lub tetraetyloortokrzemianu, który jest znacznie bezpieczniejszy niż metoda TMOS, która była stosowana do tej pory.

Kolejnym osiągnięciem było zastosowanie ciekłego dwutlenku węgla, który zastąpił alkohol jako rozpuszczalnik bazowy. Zastosowanie TMOS i alkoholu w produkcie Aerożel spowodowało, że był to bardzo niebezpieczny proces.

Mamy wyraźny przykład ich niszczycielskiej natury w postaci eksplozji, która zniszczyła zakład produkcyjny Airgel w Szwecji.

Nowy proces produkcyjny zapewnia taką samą wydajność, jak TMOS, bez zagrożeń.

Fizyczne właściwości aerożelu uczyniły go jednym z najlepiej zbadanych materiałów wytworzonych przez człowieka. Obecnie Airgel można znaleźć w kosmetykach, farbach, piankach itp.

Jednak ich zastosowanie w przemyśle lotniczym tylko się rozszerzyło od czasu ich wynalezienia. Airgel był nawet używany do łapania komet i międzygwiezdnego pyłu podczas misji NASA Gwiezdny pył.

Ten wyjątkowy materiał został użyty jako materiał izolacyjny, który utrzymywał ciepło łazika eksploracyjnego Marsa podczas jego misji.

Jednym z nowoczesnych zastosowań aerożelu jest użycie go jako materiału izolacyjnego w budynkach.

Okna aerożelowe to nowa technologia, która umieszcza aerożel pomiędzy dwoma taflami szkła. Są lżejsze od okien trójwarstwowych i mają znacznie lepsze właściwości izolacyjne.

Jednym z nowoczesnych zastosowań aerożelu jest użycie go jako materiału izolacyjnego w budynkach. Izolacja domu Airgel obejmuje produkty takie jak koce Airgel i arkusze Airgel.

Nowy wynalazek, zwany aerożelem bawełnianym, wzbudza obecnie zainteresowanie w kilku branżach. Bawełniany aerożel może być używany jako materiał izolacyjny, który może zastąpić konwencjonalne obszerne kurtki.

Zaskakującym zastosowaniem jest zastosowanie aerożelu bawełnianego jako środka do kontroli krwotoku. Materiał można wstrzyknąć do krwawiącej rany i rozszerzy się, wywierając nacisk na ranę, zatrzymując krwawienie.

Kontrolery krwawienia Cotton Airgel zostały opracowane przez naukowców z NUS.

Z jego zastosowań musieliście zauważyć, że przemysł wykorzystuje Airgel ze względu na jego właściwości izolacyjne. W jaki sposób aerożel stał się tak dobrym izolatorem?

Aerożel składa się z dwóch części - krzemionki i powietrza. Stała krzemionka nie jest dobrym przewodnikiem ciepła i stanowi jedynie 3% całego materiału. Reszta to powietrze.

Przeglądając właściwości powietrza, widać wyraźnie, że ma ono bardzo niską przewodność cieplną. Takie czynniki powodują, że aerożel jest bardzo lekki, uniemożliwiając przewodzenie masy.

Po drugie, aerożel ma wyjątkowo małe pory, zwykle o średnicy od 2 do 50 nm. Pory te są tak małe, że trudno jest powietrzu przenikać przez materiał i przenosić konwekcyjne ciepło.

Zjawisko to jest znane jako „efekt Knudsena” i oddziela aerożele od innych rodzajów pianek.

Należy jednak zauważyć, że aerożele niekoniecznie są skutecznymi izolatorami, jeśli chodzi o ciepło promieniowania. Możliwe jest przenoszenie ciepła przez aerożele w wysokich temperaturach za pomocą energii podczerwieni.

Aby temu przeciwdziałać, wiele komercyjnych produktów izolacyjnych z aerożelu zawiera dodatkowe materiały. Są one znane jako zmętniacze IR, które odbijają lub pochłaniają promieniowanie podczerwone.

Jeśli chodzi o elektryczność, aerożel może przewodzić lub nieprzewodzić w zależności od zastosowanych ciał stałych. Aerożele wykonane z poli (3,4-teylenodioksytiofenu): poli (4-styrenosulfonianu) (PEDOT: PSS) są na ogół przewodzące.

Aerożel w postaci stałej nasycony nanorurkami węglowymi i niektórymi innymi dodatkami okazał się znacznie lepszy od konwencjonalnej izolacji akustycznej.

Czy Airgel jest wodoodporny?

Ponownie, takie właściwości zależą od ciał stałych użytych w aerożelu. Zmieniając struktury stałe i dodatki, można zmienić właściwości aerożelu. Na przykład przemysłowe materiały w postaci aerożelu krzemionkowego są specjalnie opracowane tak, aby były hydrofobowe (wodoodporne).

Aerożele na bazie tlenków nie są wodoodporne. Można je jednak łatwo zmodyfikować, aby były wodoodporne za pomocą dodatków.

Długo dyskutowaliśmy o niesamowitych właściwościach Airgelu i o tym, jak może on przynieść nam korzyści na wiele sposobów. Synu, dlaczego ta technologia nie jest jeszcze rozpowszechniona?

Jest tego więcej niż jeden powód. Pierwszą z nich jest fakt, że Airgel jest bardzo trudny do wyprodukowania, nawet pomimo postępów, jakie mieliśmy w zakresie jego produkcji.

Największe panele Airgel, jakie udało się wyprodukować w branży, to panel 90x90 cm. A taki rozmiar jest możliwy tylko dzięki wysoce zaawansowanym maszynom.

Gdybyś szukał aerożeli do kupienia, najwyższa specyfikacja, jaką możesz znaleźć, to 30x30cm. Jeśli potrzebujesz większych rozmiarów, należy złożyć zamówienie specjalne.

Cena jest kolejnym czynnikiem, który uniemożliwia wielu osobom używanie lub eksperymentowanie z aerożelem. Kosztowny proces produkcji powoduje przeniesienie tego kosztu na kupujących.

W rezultacie aerożel krzemionkowy o wymiarach 2,5 cm x 2,5 cm x 1,0 cm kosztuje ponad 50 USD.

Jednym z głównych wyzwań stojących przed branżą aerożelu jest kruchość ciała stałego. Nie ma wątpliwości, materiał jest wytrzymały i może wytrzymać wielokrotnie jego ciężar.

Jednak materiał nie wytrzymuje dobrze naprężenia.

Postępy mają miejsce w kierunku uproszczenia procesu produkcji aerożelu i poprawy jego integralności strukturalnej. Gdy te ograniczenia zostaną usunięte, Airgel dotrze do większej liczby osób i produktów.

Brak branży związanej z produkcją aerożeli to także kolejny powód, dla którego aerożele nie są tak popularne.

Airgel to niewątpliwie jeden z cudownych materiałów, które wymyśliliśmy. Materiał ma ogromny potencjał w wielu formach i kombinacjach.

POWIĄZANE: 9 CIEKAWYCH MATERIAŁÓW, KTÓRE MOGĄ KSZTAŁTOWAĆ PRZYSZŁOŚĆ

Możemy spodziewać się, że wkrótce ograniczenia związane z aerożelami zniosą. Obniży to koszt tego unikalnego materiału i poprawi wydajność produkcji.

Ponieważ zakres zastosowań Airgelu stale rośnie, więcej firm prawdopodobnie zainwestuje w produkcję Airgelu. To ostatecznie poprawi technologię i pomoże materiałowi dotrzeć do mas.


Obejrzyj wideo: Wirtualny spacer - Laboratorium chemiczne (Lipiec 2022).


Uwagi:

  1. Tedrick

    Myślę, że nie masz racji. Jestem pewien. Mogę bronić pozycji. Napisz do mnie w PM, będziemy się komunikować.

  2. Miktilar

    Mylisz się. Napisz do mnie w PM, poradzimy sobie z tym.

  3. Jugar

    Tak, talent :)

  4. Obadiah

    To nie ma sensu.

  5. Mikarisar

    Nieskończenie omówienie tego jest niemożliwe

  6. Bourne

    zadowalające pytanie



Napisać wiadomość