1931 separerade Kistler vätskan från det fasta ämnet genom att använda en alkoholisk superkritisk torkteknik och höll gasens struktur från att krympa och kollapsa, vilket resulterade i aerogel i världen.
Definition av Aerogel
Aerogel är ett lätt nanoporöst amorft fast material med mikropartiklar i nanometerskala aggregerade med varandra för att bilda en porös nätverksstruktur i nanometerskala och fyllda med ett stort antal gasformiga dispersionsmedier i nätverksskelettet.
Aerogeler är inte bara ett funktionellt material, utan också ett nytt tillstånd av materia. Aerogeltillståndet skiljer sig fundamentalt från andra materiatillstånd i många egenskaper. Den har en fast storlek och form som fast material, men dess skenbara densitet kan sträcka sig från maximalt 1 g/cm³ till 0.001 g/cm³ (lägre än luftens densitet); samtidigt har den en svampliknande porös struktur, med flera egenskaper av mikroskopiska (nanoskala skelett), makroskopiska (kondenserad materia) och mesoskopiska (flera nivåer och fraktal struktur) egenskaper, vilket gör att aerogeler har många unika egenskaper. Den uppvisar mycket låg värmeledningsförmåga, mycket låg elasticitetsmodul, mycket låg fononhastighet, mycket lågt brytningsindex, låg dielektricitetskonstant, mycket låg ljudhastighet, hög specifik yta, mycket bred densitet och brytningsindexfördelning, etc.
Klassificering av aerogeler
Det finns ett brett utbud av aerogeler som täcker nästan alla materialsystem. Generellt sett, beroende på den kemiska sammansättningen, kan de delas in i organiska aerogeler, oorganiska aerogeler och kompositaerogeler etc. Aerogeler kan också klassificeras i kisel-, kol-, svavel-, metalloxid- och metallsystem enligt deras huvudkomponenter.
Aerogels status och roll
Forskare säger att aerogeler kommer att förändra världen.
Aerogel listades som en av de 10 heta vetenskaps- och teknikfrågorna i det 250:e numret av den amerikanska tidskriften Science. Den 20 augusti 2007 rapporterade The Times att aerogel är världens lättaste fasta material som kan motstå den explosiva kraften hos 1 kg dynamit och hålla dig borta från värmen från en blåslampa över 1300°C. Forskare undersöker användningen av aerogel i allt från superisolerade rymddräkter till superkondensatorer till katalysatorer till nästa generations tennisracketar. Aerogel lovar att konkurrera med generationer av legendariska material som fenolharts från 1930-talet, kolfiber från 1980-talet och silikon från 1990-talet.
Aerogel har flera gånger listats i Guinness Book of World Records som världens lättaste solid. Aerogel har också en mycket låg värmeledningsförmåga och brytningsindex och är 39 gånger mer isolerande än de bästa glasfibrerna. Aerogel har använts för att termiskt isolera den ryska rymdstationen Mir och den amerikanska Mars Pathfinder-rovern, och har redan spelat en viktig roll inom flygindustrin.
Aerogelutvecklingens historia
1931 bereddes aerogeler först av Kistler vid Stanford University, USA.
1985, det första symposiet om aerogeler, känt som ISA, organiserades av Institutet för fysik vid universitetet i Würzburg, Tyskland.
1993, aerogeler används för att isolera rymddräkter, rymdfarkoster och rymdfärjor.
2002 grundades Aspen Aerogel, ett NASA-företag, för att utveckla och producera aerogeler.
2004, aerogelforskning utförd av inhemska kinesiska forskningsinstitut.
2006 började inhemska aerogelföretag i Kina utveckla aerogeler.
2017, Kina utfärdat, GB/T 34336-201, Nonporous Airgel Composite Insulation Products
2021 utfärdade statsrådet, "Handlingsplan för kol som når toppen senast 2023" om att påskynda forskning och utveckling av kolfiber, aerogel, specialstål och andra basmaterial.
Aerogels nyckelegenskaper
(1) Ultralätt. Aerogel är världens minst täta fasta material, med en minsta densitet på en sjättedel av luftmassan. Variationen av densitet är i allmänhet 0.001~1g/cm³.
(2) Hög porositet och hög specifik yta. Porositeten är 80%~99.9%, den specifika ytan är 200~1000m2/g, och den typiska storleken på porerna är 1~100nm.
(3) Supervärmeisolering. Aerogelens smala nanonätverksstruktur begränsar effektivt utbredningen av lokal termisk excitation, och dess solid-state värmeledningsförmåga är 2~3 storleksordningar lägre än motsvarande glasartade material.
Principen för aerogel värmeisolering
Minskad värmeöverföring: Det oändliga antalet nanopartiklar i aerogel bildar ett nätskelett, och värme kan bara strömma längs ett oändligt antal nanopartiklar. Värmeflödet kan endast ledas längs ett oändligt antal nanopartiklar, vilket resulterar i en nästan oändlig väg för värmeöverföring i det fasta ämnet. Värmeöverföringen i det fasta ämnet reduceras till lägsta möjliga nivå.
Hämning av termisk konvektion : Den genomsnittliga porstorleken för aerogeler är 20–40 nm, vilket är mindre än det genomsnittliga fria intervallet för gasmolekyler på 69 nm, och gasmolekylerna i porerna förlorar sin förmåga att röra sig fritt, vilket gör konvektion nästan omöjlig.
Minskad värmestrålning : Porväggarna som bildas av nanopartiklarna i aerogeler är infraröda sköldar, och det oändliga antalet sköldar minskar värmestrålningen kraftigt.
(4) Katalys. Den lilla partikelstorleken, den höga specifika ytan och den låga densiteten hos aerogel gör aktiviteten och selektiviteten hos aerogelkatalysatorer mycket högre än konventionella katalysatorer, och de aktiva komponenterna kan dispergeras mycket jämnt i bäraren, och den har också utmärkt termisk stabilitet, vilket effektivt kan minska förekomsten av sidoreaktioner.
(5) Ljudisolering. Aerogelernas låga ljudhastighetsegenskaper gör dem till ett idealiskt material för akustisk fördröjning eller ljudisolering vid hög temperatur. Det variabla området för akustisk impedans för aerogel är stort [103 ~ 107 kg/(㎡-s)], vilket är ett mer idealiskt akustiskt motståndskopplingsmaterial för ultraljudsdetektorer. Det akustiska motståndet för piezoelektrisk keramik som används för ultraljudsgeneratorer och detektorer är 1.5 × 107 kg/(㎡-s), medan det akustiska motståndet för luft endast är 400 kg/(㎡-s). Att använda kiselaerogel med en tjocklek på 1/4 våglängd och en densitet på cirka 0.3 g/cm³ som kopplingsmaterial för akustiskt motstånd mellan piezoelektrisk keramik och luft kan öka ljudintensiteten med 30 dB, förbättra överföringseffektiviteten för akustiska vågor och minska signal-brusförhållandet i enhetsapplikationer.
(6) Filtreringsprestanda. Nanostrukturerade aerogeler kan också användas som en ny typ av högeffektivt gasfiltreringsmaterial. På grund av dess exceptionellt stora specifika yta kallas aerogeler av forskare som "supersvampar" och är idealiska för att absorbera föroreningar i vatten, suga ut bly och kvicksilver från vatten, vilket gör dem till ett utmärkt material för att hantera ekologiska katastrofer.
(7) Optiska egenskaper. Ren SiO₂ aerogel är transparent och färglös, och dess brytningsindex (1.006~1.06) är mycket nära luftens, vilket betyder att SiO₂ aerogel nästan inte har någon reflektionsförlust till infallande ljus och effektivt kan överföra solljus. Därför kan den användas för att göra isolerings- och brusreducerande glas.
Mer information eller tekniskt datablad och säkerhetsdatablad, vänligen kontakta oss via e-post: [email protected] eller ring oss på: +86-28-8411-1861.
Vissa bilder och texter är återgivna från Internet, och upphovsrätten tillhör den ursprungliga författaren. Om det finns några intrång, kontakta oss för att radera.