آئروژل: جذابیت فوق العاده یک ماده جادویی
در دمای 650 درجه، تفنگ اسپری شعله به شعله پاشیدن ادامه میدهد، اما نمیتواند پوسته مقوایی با پوشش مخصوص را مشتعل کند. تنها با لایه ای از فیلم جدا شده است، دست فشار داده شده روی میز داغ به اندازه ای گرم است که "پخت" شود، اما فقط می تواند کمی گرما را احساس کند. این یک "فیلم محافظ" نامرئی بر روی دست ایجاد می کند که به آب اجازه می دهد در یک لحظه "ترک" کند... همه اینها مانند پدیده "جادوی علمی" است، همه از یک ماده جدید که بیش از دوازده رکورد جهانی گینس را در خود جای داده است - آئروژل
برای اینکه درک شهودی تری از شگفتی های آئروژل به شما بدهیم، اجازه دهید چند آزمایش مقایسه ای انجام دهیم. ابتدا مواد ایروژل با ضخامت یکسان و مواد عایق سنتی (مانند پشم سنگ، سیلیکات و غیره) در دو محفظه محیطی با دمای بالا یکسان قرار می گیرند که دمای آن 650 درجه تنظیم شده است. تغییرات دما در خارج از دو ماده در زمان واقعی با استفاده از یک تصویرگر حرارتی در مدت زمان 1-ساعت یکسان بررسی شد. خواهید دید که دمای بیرونی مواد سنتی به سرعت بالا میرود و زمان زیادی نمیگذرد که تغییر شکل، دود و غیره ایجاد میشود، در حالی که دمای بیرونی مواد ایروژل به سختی تغییر میکند و همیشه پایین نگه داشته میشود. این به طور کامل نشان می دهد که آئروژل بسیار فراتر از خواص عایق حرارتی مواد سنتی است.
به تضاد بین آئروژل و مواد جامد رایج (مانند فلز، چوب و غیره) نگاه کنید. اگر یک قطعه فلزی با حجمی برابر با پتوی عایق ایروژل انتخاب کنید و آن را جداگانه وزن کنید، متوجه خواهید شد که وزن ایروژل بسیار سبک تر از بلوک فلزی است که ویژگی های بسیار سبک وزن آئروژل را برجسته می کند. سپس آنها را به طور همزمان روی صفحه حرارتی قرار می دهند که روی 200 درجه تنظیم شده است. در طول فرآیند گرمایش، از دماسنج برای اندازه گیری سرعت افزایش دما در سطح دو ماده استفاده کنید و نتایج شما را شگفت زده خواهد کرد. دمای سطح فلز به سرعت افزایش می یابد، در حالی که دمای سطح ایروژل بسیار آهسته افزایش می یابد که در تضاد کامل، توانایی عالی عایق حرارتی آئروژل را نشان می دهد، به طوری که می توانید جادوی ایروژل را عمیق تر احساس کنید.
با نگه داشتن یک تفنگ اسپری شعله در دمای تا 650 درجه، یک پوسته مقوایی معمولی را هدف بگیرید و در یک لحظه پوسته کاغذ می سوزد، شعله به سرعت پخش می شود و پوسته مقوایی تنها در حدود حدوداً به خاکستر تبدیل می شود. 20 ثانیه.
با این حال، هنگامی که پوسته مقوایی با یک لایه نازک از "رنگ جادویی" شفاف (یعنی محصولات مرتبط با آئروژل) پوشانده شد و دوباره با یک تفنگ شعله 650 درجه سوخت، وضعیت کاملاً متفاوت بود. این بار پوسته مقوایی نه تنها شعله ور نشد، بلکه تقریباً هیچ اثری از شعله سوختن آن قابل مشاهده نبود و تنها لایه ای از پودر دانه ای سفید رنگ روی سطح آن باقی ماند. اگر پشت کاغذ را لمس کنید، به هیچ وجه نمی توانید گرما را احساس کنید. به گفته پرسنل، در یک محیط با دمای بالای 650 درجه، می تواند بیش از 3 ساعت در برابر سوختن مقاومت کند بدون اینکه آسیبی ببیند.
در این آزمایش، گرمای شعله سعی کرد به پوسته مقوایی نفوذ کند، اما پوشش هواژل به عنوان یک مانع تخریب ناپذیر عمل کرد و بی رحمانه گرما را خارج کرد. پوسته مقوایی را می توان به طور ایمن با شعله های آتش احاطه کرد، گویی با جادو، که نمایش واضحی از خواص شگفت انگیز عایق حرارتی آئروژل است.
دومین "جادو" مربوط به آب است. در یک مخزن، لایه ای از "پودر جادویی" غیر ذوب (ذرات آئروژل) به طور محکم بالای آب معلق است. خبرنگار از طریق پودر به ته رسید و بلافاصله احساس کرد که تمام دستش با آب خیس شده است. اما وقتی دستش را بیرون کشید، با تعجب متوجه شد که یک قطره آب در آن نیست. متعاقباً، این دست بارها در استخرهای دیگر قرار میگرفت یا حتی مستقیماً با آب شسته میشد، و به نظر میرسید که تمام دست همیشه در یک «فیلم محافظ» نامرئی پیچیده شده بود که میتوانست تمام آب را «ترک» کند.
این خاصیت دفع آب ایروژل به دلیل خواص سطحی ویژه آن است. ریزساختار آن چسبیدن مولکولهای آب به آن را دشوار میکند و در عوض قطراتی را تشکیل میدهد که از بین میروند، درست مانند اثر خود تمیز شوندگی روی سطح برگ نیلوفر آبی.
آیا باورتان میشود که دست انسان میتواند جسمی بالاتر از 100 درجه را بدون سوختگی لمس کند؟
سومین "جادو" بر "گرما" متمرکز است. در یک میز داغ که می تواند آب سرد را فوراً به جوش بیاورد و بخار کند، یک لایه "فیلم جادویی" (کاغذ عایق آئروژل) پخش شود، خبرنگار با عصبی دستش را روی آن فشار داد و در کمال تعجب فقط کمی گرما احساس کرد.
فناوری: تحقیق و توسعه روش های آماده سازی پیشرو در جهان
پشت این شگفت انگیز "رنگ جادویی"، "پودر جادویی" و دیگر "سحر و جادو"، در واقع، از نوعی رکورد جهانی گینس با بیش از 10، و مجله Science به عنوان "مواد جادویی که می تواند جهان را تغییر دهد" تحسین شده است - آئروژل
یک مهندس پشتیبانی صنعت مواد جدید از Coon به خبرنگاران گفت که ایروژل سبک ترین ماده جامد شناخته شده در جهان در حال حاضر است و همچنین عالی ترین ماده جامد جهان با عملکرد عایق حرارتی و حفاظت در برابر آتش است.
چه چیزی باعث شگفت انگیز بودن آئروژل می شود؟ مهندس با تشبیه «نبات پنبه ای» توضیح داد.
مهندسان خاطرنشان کردند که رابطه بین آئروژل و ماسه (عمدتا سیلیس) مشابه رابطه بین گل ختمی و شکر سفید است. خواص عایق حرارتی و ضد شعله آن به دلیل وجود سوراخ های نانومقیاس متعدد در ساختار مولکولی آن با تخلخل بیش از 95 درصد بسیار عالی است. این حفرههای نانومقیاس مانند یک «پیچ وخم عایق حرارتی» در دنیای میکروسکوپی هستند، جایی که گرما به طور مداوم منعکس شده و در حین حرکت پراکنده میشود و هدایت آن را دشوار میکند، به طوری که رسانایی حرارتی ایروژل بسیار کم است و میتواند به آن دست یابد. یک اثر عایق حرارتی شبیه به خلاء. سوراخهای موجود در گل ختمی با چشم غیرمسلح قابل رویت هستند، در حالی که سوراخهای آئروژل در مقیاس نانو هستند، 1،000 بار کوچکتر از قطر موی انسان.»
با وجود خواص عالی، آئروژل ها به سختی به دست می آیند.
تهیه آئروژل سنتی به روش «آماده سازی خشک کردن فوق بحرانی» نیاز دارد که باید طی چند روز تحت دما و فشار بالا آماده شود. این منجر به مشکلات زیادی مانند هزینه بالای ورودی تجهیزات، جریان فرآیند پیچیده، انتشار آلودگی جدی و غیره می شود که باعث می شود هزینه تولید آن بالا بماند. بنابراین محصولات ایروژل بیشتر در زمینه های کلیدی مانند هوافضا استفاده می شود.
با توجه به این وضعیت، تیم نوآوری به رهبری ژی یی، آکادمیسین آکادمی علوم چین و استاد دانشگاه علم و صنعت چین، پس از چندین دهه تلاش بی وقفه، به طور مستقل روش آماده سازی هواژل پیشرو در جهان را توسعه داده است - " روش خشک کردن فشار اتمسفر ایروژل حفاظت از محیط زیست». این روش می تواند هزینه های آماده سازی آئروژل را تا حد زیادی کاهش دهد، صنعتی شدن محصولات آئروژل را روان تر کند و آنها را واقعاً وارد زندگی روزمره ما کند.
کاربرد: ساخت "کت آتش"
در زمینه ساخت و ساز، استفاده از ایروژل نتایج قابل توجهی به دست آورده است. به عنوان مثال، در یک ساختمان تجاری بزرگ، مصرف انرژی سالانه برای سرمایش و گرمایش زمانی که از عایق هواژل استفاده نمی شود، بسیار زیاد است و هزینه های برق سهم قابل توجهی از هزینه های عملیاتی را تشکیل می دهد. پس از اصلاح مواد عایق ایروژل، از طریق نظارت دقیق مصرف انرژی و آمار، مشخص شد که مصرف انرژی سالانه در سرمایش و گرمایش به میزان زیادی کاهش می یابد و هزینه برق مربوطه نیز به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
سطح مصرف انرژی به طور قابل توجهی کمتر از ساختمان های تجاری مشابه در مجاورت است که از عایق ایروژل استفاده نمی کنند و صرفه جویی در انرژی آشکار است.
این عمدتا به دلیل عملکرد عالی پوشش های عایق ساختمان ایروژل است. برای دستیابی به اثر دمای ثابت 40 تا 60 میلی متر عایق معمولی تنها به یک پوشش نازک 2 تا 5 میلی متری نیاز دارد و در نتیجه مصرف انرژی اتاق را بیش از 30 درصد کاهش می دهد. این قابلیت عایق کاری بسیار کارآمد نه تنها در هزینه های عملیاتی قابل توجهی برای صاحبان ساختمان صرفه جویی می کند، بلکه کمک مثبتی به کاهش مصرف کلی انرژی در بخش ساخت و ساز در چارچوب حمایت کل جامعه از حفظ انرژی و کاهش انتشار می کند.
شرکت مواد جدید Zhejiang Runfew نقش مهمی در این فرآیند ایفا کرده است. محصولات سری ایروژل با دقت توسعه یافته آن همچنان به تزریق نشاط جدید در زمینه صرفه جویی در انرژی ساختمان ادامه می دهد، به ساختمان های بیشتری کمک می کند تا به عایق کاری با راندمان بالا و صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش مصرف دست یابند و باعث می شود این ماده جادویی ایروژل ارزش بیشتری در زمینه ساخت و ساز داشته باشد.