Què és l'Aerogel?

El naixement de l'aerogel

El 1931, Kistler va separar el líquid del sòlid mitjançant una tècnica d'assecat alcohòlic supercrític i va evitar que l'estructura del gas es reduís i col·lapsés, donant lloc a un aerogel al món.

Definició d'aerogel
L'aerogel és un material sòlid amorf nanoporós lleuger amb micropartícules a escala nanomètrica agregades entre si per formar una estructura de xarxa porosa a escala nanomètrica i plena d'un gran nombre de mitjans de dispersió gasosa a l'esquelet de la xarxa.

Els aerogels no són només un material funcional, sinó també un nou estat de la matèria. L'estat de l'aerogel és fonamentalment diferent d'altres estats de la matèria en moltes propietats. Té una mida i una forma fixa com la matèria sòlida, però la seva densitat aparent pot variar des d'un màxim d'1 g/cm³ a ​​0.001 g/cm³ (menor que la densitat de l'aire); al mateix temps, té una estructura porosa semblant a una esponja, amb múltiples propietats de característiques microscòpiques (esquelet a nanoescala), macroscòpiques (matèria condensada) i mesoscòpiques (estructura fractal i multinivell), fent que els aerogels posseeixin moltes propietats úniques. Presenta una conductivitat tèrmica molt baixa, un mòdul d'elasticitat molt baix, una taxa de fonons molt baixa, un índex de refracció molt baix, una constant dielèctrica baixa, una velocitat del so molt baixa, una superfície específica elevada, una densitat molt àmplia i una distribució de l'índex de refracció, etc.

Classificació dels aerogels
Hi ha una àmplia gamma d'aerogels, que cobreixen gairebé tots els sistemes de materials. Generalment, segons la composició química, es poden dividir en aerogels orgànics, aerogels inorgànics i aerogels compostos, etc. Els aerogels també es poden classificar en silici, carboni, sofre, òxid metàl·lic i sistemes metàl·lics segons els seus components principals.

L'estat i el paper dels aerogels
Els científics diuen que els aerogels canviaran el món.

L'aerogel va ser catalogat com un dels 10 principals problemes de ciència i tecnologia al número 250 de la revista nord-americana Science. El 20 d'agost de 2007, The Times va informar que l'aerogel és el sòlid més lleuger del món que pot resistir la potència explosiva d'1 kg de dinamita i mantenir-te fora de la calor d'un bufador per sobre de 1300 °C. Els científics estan explorant l'ús de l'aerogel en tot, des de vestits espacials súper aïllats fins a supercondensadors, catalitzadors i la propera generació de raquetes de tennis. L'Aerogel promet rivalitzar generacions de materials llegendaris com la resina fenòlica dels anys 1930, la fibra de carboni dels anys 1980 i la silicona dels anys 1990.

L'aerogel ha estat inclòs diverses vegades al Llibre Guinness dels Rècords com el sòlid més lleuger del món. L'aerogel també té una conductivitat tèrmica i un índex de refracció molt baixos i és 39 vegades més aïllant que les millors fibres de vidre. L'aerogel s'ha utilitzat per aïllar tèrmicament l'estació espacial russa Mir i el rover nord-americà Mars Pathfinder, i ja ha tingut un paper vital en la indústria aeroespacial.

Història del desenvolupament de l'aerogel
El 1931, els aerogels van ser preparats per primera vegada per Kistler a la Universitat de Stanford, EUA.
El 1985, el primer simposi sobre aerogels, conegut com ISA, va ser organitzat per l'Institut de Física de la Universitat de Würzburg, Alemanya.
1993, els aerogels s'utilitzen per aïllar vestits espacials, naus espacials i transbordadors espacials.
2002, Aspen Aerogel, una empresa de la NASA, es va establir per desenvolupar i produir aerogels.
2004, investigació d'aerogel realitzada per instituts de recerca nacionals xinesos.
El 2006, les empreses nacionals d'aerogels a la Xina van començar a desenvolupar aerogels.
2017, promulgació de la Xina, GB/T 34336-201, productes d'aïllament compost d'aerogel no porós
El 2021, el Consell d'Estat va emetre el "Pla d'acció per al carboni assolir el pic el 2023" per accelerar la investigació i el desenvolupament de fibra de carboni, aerogel, acer especial i altres materials bàsics.

Les propietats clau dels aerogels
(1) Ultralleuger. L'aerogel és el sòlid menys dens del món, amb una densitat mínima d'una sisena part de la massa d'aire. El rang de variació de la densitat és generalment de 0.001 ~ 1 g/cm³.

(2) Alta porositat i gran superfície específica. La porositat és del 80% ~ 99.9%, la superfície específica és de 200 ~ 1000 m2 / g i la mida típica dels porus és d'1 ~ 100 nm.

(3) Super aïllament tèrmic. L'estructura de nanoxarxa fina de l'aerogel limita eficaçment la propagació de l'excitació tèrmica local i la seva conductivitat tèrmica en estat sòlid és 2 ~ 3 ordres de magnitud inferior a la del material vidre corresponent.

El principi de l'aïllament tèrmic d'aerogel
Transferència tèrmica reduïda: El nombre infinit de nanopartícules en aerogel forma un esquelet de malla, i la calor només pot fluir al llarg d'un nombre infinit de nanopartícules. El flux de calor només es pot conduir al llarg d'un nombre infinit de nanopartícules, donant lloc a un camí gairebé infinit de transferència de calor al sòlid. La transferència de calor en el sòlid es redueix al nivell més baix possible.

Inhibició de la convecció tèrmica : la mida mitjana dels porus dels aerogels és de 20-40 nm, que és més petita que la mida mitjana de les molècules de gas lliures de 69 nm, i les molècules de gas dels porus perden la seva capacitat de moure's lliurement, fent que la convecció sigui gairebé impossible.

Radiació tèrmica reduïda : Les parets dels porus formades per les nanopartícules dels aerogels són escuts infrarojos, i el nombre infinit d'escuts redueix considerablement la radiació tèrmica.

(4) Catàlisi. La petita mida de partícula, l'alta superfície específica i la baixa densitat d'aerogel fan que l'activitat i la selectivitat dels catalitzadors d'aerogel siguin molt superiors a les dels catalitzadors convencionals, i els components actius es poden dispersar de manera molt uniforme en el portador, i també té una excel·lent estabilitat tèrmica, que pot reduir eficaçment l'aparició de reaccions secundaris.

(5) Aïllament acústic. Les propietats de baixa velocitat del so dels aerogels els converteixen en un material ideal per a retards acústics o aïllament acústic a alta temperatura. El rang variable d'impedància acústica de l'aerogel és gran [103 ~ 107 kg/(㎡-s)], que és un material d'acoblament de resistència acústica més ideal per als detectors d'ultrasons. La resistència acústica de la ceràmica piezoelèctrica utilitzada per als generadors i detectors d'ultrasons és d'1.5 × 107 kg/(㎡-s), mentre que la resistència acústica de l'aire és de només 400 kg/(㎡-s). L'ús d'un aerogel de silici amb un gruix d'1/4 de longitud d'ona i una densitat d'uns 0.3 g/cm³ com a material d'acoblament de resistència acústica entre la ceràmica piezoelèctrica i l'aire pot augmentar la intensitat del so en 30 dB, millorar l'eficiència de transmissió de les ones acústiques i reduir la relació senyal-soroll en aplicacions del dispositiu.

(6) Rendiment de filtració. Els aerogels nanoestructurats també es poden utilitzar com a nou tipus de material de filtració de gasos altament eficient. A causa de la seva superfície específica excepcionalment gran, els aerogels són coneguts pels científics com a "súper esponges" i són ideals per adsorbir contaminants a l'aigua, succionar el plom i el mercuri de l'aigua, cosa que els converteix en un material excel·lent per fer front a desastres ecològics.

(7) Propietats òptiques. L'aerogel de SiO₂ pur és transparent i incolor, i el seu índex de refracció (1.006 ~ 1.06) és molt proper al de l'aire, el que significa que l'aerogel de SiO₂ gairebé no té pèrdua de reflexió a la llum incident i pot transmetre efectivament la llum solar. Per tant, es pot utilitzar per fer vidre d'aïllament i reducció de soroll.

Per a més informació o fitxa tècnica i fitxa de dades de seguretat, poseu-vos en contacte amb nosaltres per correu electrònic: [email protected] o per telèfon: +86-28-8411-1861.

Algunes imatges i textos es reprodueixen d'Internet i els drets d'autor pertanyen a l'autor original. Si hi ha alguna infracció, poseu-vos en contacte amb nosaltres per eliminar-la.