Razno

Airgel: Futuristički materijal ometen stvarnim svjetskim ograničenjima

Airgel: Futuristički materijal ometen stvarnim svjetskim ograničenjima

Airgel je materijal koji je zbunio znanstvenu zajednicu zbog svojih impresivnih fizikalnih i kemijskih svojstava. Airgel je čvrsti materijal koji ima jedinstvene karakteristike u usporedbi s ostalim krutim tvarima.

Ovo je dio koji izaziva znatiželju kod svih zainteresiranih za Aerogels. Najlakša krutina koja je ikad stvorena na zemlji je Airgel.

Sastojalo se od 97% zraka uz održavanje strukturnih svojstava krutine.

POVEZANO: ZRAČNIK SE SADA MOŽE OBLIKATI OD OTPADNOG PAPIRA

Pojam Airgel dolazi od dvije riječi - Air i Gel. I postoji povijest tog imena!

Airgel je izumio Samuel Stephens Kistler. Samuel je bio fasciniran želeom zbog njegove dvojake prirode da djeluje kao krutina i tekućina.

Razlog zašto žele ima svojstva tekućeg i krutog je taj što je kombinacija i jednog i drugog. Porozna struktura želatine zadržava vodu u sebi, stvarajući pseudo supstancu.

Samuel se pitao što će se dogoditi ako sadržaj vode zamijeni zrakom. Međutim, kad bi se gel sušio jednostavno, stisnuo bi čvrstu strukturu, što bi dovelo do pukotina.

Shvatio je da se visoko mikroporozna struktura gela urušava uslijed visokih sila površinskog napona koje vrši tekućina. Stoga je proučio alternativne načine uklanjanja tekućine bez oštećenja čvrste strukture.
I, došao je na ideju da vodu zamijeni alkoholom.

Kada se alkohol pretvori u nadkritično stanje, on postaje u stanju između plina i tekućine i neće imati površinsku napetost. Čvrsta mikroporozna struktura izrađena je pomoću silicijevog dioksida.

Nakon što je alkohol ispario, stvorio se prvi Airgel. Najjednostavnije rečeno, Airgel je napravljen od uklanjanja vode ili otapala iz želatinozne strukture.

Fizička svojstva aerogela

Razlog zašto Airgel izgleda proziran je činjenica da je velik dio materijala samo zrak. To također objašnjava njegovu vrlo nisku gustoću.

Oni su najlakše krutine na zemlji, a čak će i blok Airgela veličine šest metara težak samo jedan kilogram. Guinnessov rekord za najlakši 3D tiskani materijal je grafenski Airgel koji je tiskao Dong Lin.

Airgel ima i druga jedinstvena fizička svojstva, a jedno od njih je nevjerojatna izolacija od topline (0,023 W / mK na 100 ° C).

Airgel također ima izvrsna zvučna svojstva, ima 10 do 1000 puta bolju zvučnu izolaciju od poliuretanskih oblika.

Budući da se struktura sastoji od samo 3% čvrste tvari, Airgel je vrlo krhak. Dva glavna čvrsta materijala koja se koriste za pripremu aerogela su silicijev dioksid i ugljik.

Kao što smo razgovarali, Airgel se pravi uklanjanjem sadržaja vode / otapala iz gela i zamjenom zrakom. Suvremena metoda proizvodnje aerogela koristi postupak nazvan sol-gel.

Novi proizvodni postupak razvili su 1983. godine Arlon Hunt i Grupa za mikrostrukturirane materijale. U proizvodnji Airgela koristili su TEOS ili Tetraethylorthosilicate, što je mnogo sigurnije od TMOS metode koja se do tada koristila.

Sljedeći razvoj je uporaba tekućeg ugljičnog dioksida koji je zamijenio upotrebu alkohola kao osnovnog otapala. Korištenje TMOS-a i alkohola u proizvodu Airgel učinilo ga je vrlo opasnim postupkom.

Imamo jasan primjer njihove razorne prirode u obliku eksplozije koja je uništila pogon za proizvodnju Airgela u Švedskoj.

Novi proizvodni postupak daje isti prinos kao TMOS bez opasnosti.

Fizičke karakteristike Airgela učinile su ga jednim od najproučenijih materijala koje je stvorio čovjek. U današnje vrijeme Airgel možete pronaći u kozmetici, bojama, mokrim odijelima itd.

Međutim, njihova se upotreba u zrakoplovnoj industriji od njihovog izuma samo proširila. Airgel je čak korišten za hvatanje komete i međuzvjezdane prašine u NASA-inoj misiji Stardust.

Ovaj jedinstveni materijal korišten je kao izolacijski materijal koji je Mars Exploration Rover držao toplim tijekom svoje misije.

Jedna od modernih primjena Airgela uključuje upotrebu kao izolacijski materijal za zgrade.

Airgel prozori su nova tehnologija koja postavlja aegel između dva staklena lista. Lakši su od troslojnih staklenih prozora i imaju puno bolja izolacijska svojstva.

Jedna od modernih primjena Airgela uključuje upotrebu kao izolacijski materijal za zgrade. Airgel kućna izolacija uključuje proizvode poput Airgelovih pokrivača i Airgel plahti.

Novi izum nazvan pamučni Airgel sada stvara valove u nekoliko industrija. Pamučni Airgel može se koristiti kao izolacijski materijal koji može zamijeniti uobičajene glomazne jakne.

Iznenađujuća je primjena pamučnog Airgela kao uređaja za kontrolu krvarenja. Materijal se može ubrizgati u ranu koja krvari i on će se proširiti, vršeći pritisak na ranu, zaustavljajući je da krvari.

Istraživači iz NUS-a razvili su kontrolere odzračivanja pamučnog zraka.

Iz njegove primjene sigurno ste primijetili da industrije koriste Airgel za izolacijska svojstva. Kako aerogel postaje tako dobar izolator?

Airgel se sastoji od dva dijela - Silica i Air. Krutine silicijevog dioksida nisu dobri voditelji topline i čine samo 3% ukupnog materijala. Ostalo je zrak.

Kad pregledate svojstva zraka, jasno je da zrak ima vrlo nisku toplinsku vodljivost. Takvi čimbenici čine Airgel vrlo laganim, što onemogućava provođenje mase.

Kao drugo, Airgel ima izuzetno male pore, obično u promjeru između 2-50 nm. Te su pore toliko male da je zraku teško difundirati kroz materijal i prenijeti konvektivnu toplinu.

Ova je pojava poznata kao „Knudsenov efekt“, a zrake odvaja od ostalih vrsta pjena.

Međutim, važno je napomenuti da aerogeli nisu nužno učinkoviti izolatori kada je u pitanju zračna toplina. Moguće je prenošenje topline kroz aerogele na visokim temperaturama putem infracrvene energije.

Kako bi se tome suprotstavili, mnogi komercijalni proizvodi za izolaciju aerogelom imaju dodatne materijale. Oni su poznati kao IR mutnici koji reflektiraju ili apsorbiraju infracrveno zračenje.

Što se tiče električne energije, Airgel može biti provodljiv ili neprovodljiv na temelju korištenih krutina. Aerogeli napravljeni od poli (3,4-onilendioksiotiona): poli (4-stirensulfonata) (PEDOT: PSS) uglavnom su vodljivi.

Čvrsta masa aerogela natopljena ugljičnim nanocjevčicama i neki drugi aditivi znatno su bolja od uobičajene zvučne izolacije.

Je li Airgel vodootporan?

Opet, takve karakteristike ovise o krutini koja se koristi u aerogelu. Promjenom čvrstih struktura i aditiva moguće je promijeniti svojstva aerogela. Na primjer, materijali za industrijski silicijski aerogel posebno su formulirani da budu hidrofobni (vodoodbojni).

Aerogeli na bazi oksida nisu vodootporni. Međutim, lako se mogu modificirati kako bi postali aditivi vodootporni.

Opširno smo raspravljali o nevjerojatnim svojstvima Airgela i o tome kako nam može biti od koristi na više načina. Sine, zašto tehnologija još nije raširena?

Postoji više razloga za to. Prva je činjenica da je Airgel vrlo teško proizvesti, čak i s napretkom koji smo postigli tijekom njegove proizvodnje.

Najveća ploča Airgel koju je industrija uspjela proizvesti bila je ploča dimenzija 90x90 cm. A ova je veličina moguća samo putem vrlo naprednih strojeva.

Ako biste tražili aerogele za kupnju, najviša specifikacija koju možete pronaći je 30x30cm. Potrebne su posebne narudžbe ako su vam potrebne veće veličine.

Cijena je još jedan faktor koji sprečava mnoge da koriste ili eksperimentiraju s Airgelom. Skupi proizvodni postupak rezultira tim troškom koji se prenosi na kupce.

Rezultat je to da silicij Airgel dimenzija 2,5 cm x 2,5 cm x 1,0 cm košta više od 50 USD.

Jedan od glavnih izazova s ​​kojima se susreće industrija Airgela je krhka priroda krutine. Ne pogriješite, materijal je jak i može držati višestruko veću težinu.

Međutim, materijal se ne drži dobro pod napetošću.

Događa se napredak prema pojednostavljenju proizvodnog procesa Airgela i poboljšanju njegove strukturne cjelovitosti. Jednom kada se riješe ta ograničenja, Airgel će doći do više ljudi i proizvoda.

Nedostatak industrije koja se bavi proizvodnjom aerogela također je još jedan razlog zašto Aerogeli nisu toliko popularni.

Airgel je nesumnjivo jedan od čudesnih materijala koje smo izmislili. Materijal ima neizmjeran potencijal u mnogim oblicima i kombinacijama.

POVEZANO: 9 ZANIMLJIVIH MATERIJALA KOJI BI MOGLI OBLIKOVATI BUDUĆNOST

Možemo očekivati ​​da će se ograničenja povezana s Aerogelsom uskoro ukinuti. To će smanjiti troškove ovog jedinstvenog materijala i poboljšati stope proizvodnje.

Kako se opseg aplikacija Airgela nastavlja povećavati, vjerojatno će sve više tvrtki ulagati u proizvodnju Airgela. To će na kraju poboljšati tehnologiju i pomoći materijalu da dođe do masa.


Gledaj video: Мишко Шуваковић 01: Уметност и култура 20. века (Siječanj 2022).