In 1931 scheidde Kistler de vloeistof van de vaste stof door gebruik te maken van een alcoholische superkritische droogtechniek. Hierdoor voorkwam hij dat de structuur van het gas krimpte en instortte, wat resulteerde in aerogel.
Definitie van Aerogel
Aerogel is een lichtgewicht, nanoporeus, amorf vast materiaal met nanometergrote microdeeltjes die aan elkaar zijn geaggregeerd om een poreuze netwerkstructuur op nanometergrote schaal te vormen en die in het netwerkskelet zijn gevuld met een groot aantal gasvormige dispersiemedia.
Aerogels zijn niet alleen een functioneel materiaal, maar ook een nieuwe aggregatietoestand. De aerogeltoestand verschilt fundamenteel van andere aggregatietoestanden in veel opzichten. Het heeft een vaste grootte en vorm, net als vaste materie, maar de schijnbare dichtheid kan variëren van maximaal 1 g/cm³ tot 0.001 g/cm³ (lager dan de dichtheid van lucht); tegelijkertijd heeft het een sponsachtige poreuze structuur, met meerdere microscopische (skelet op nanoschaal), macroscopische (gecondenseerde materie) en mesoscopische (multilevel- en fractalstructuur) kenmerken, waardoor aerogels vele unieke eigenschappen bezitten. Het vertoont een zeer lage thermische geleidbaarheid, een zeer lage elasticiteitsmodulus, een zeer lage fononfrequentie, een zeer lage brekingsindex, een lage diëlektrische constante, een zeer lage geluidssnelheid, een hoog specifiek oppervlak, een zeer brede dichtheid en brekingsindexverdeling, enz.
Classificatie van aerogels
Er is een breed scala aan aerogels, die vrijwel alle materiaalsystemen bestrijken. Over het algemeen kunnen ze, afhankelijk van hun chemische samenstelling, worden onderverdeeld in organische aerogels, anorganische aerogels en composiet aerogels, enz. Aerogels kunnen ook worden ingedeeld in silicium, koolstof, zwavel, metaaloxide en metaalsystemen, afhankelijk van hun hoofdbestanddelen.
De status en rol van aerogels
Wetenschappers zeggen dat aerogels de wereld gaan veranderen.
Aerogel werd in de 10e editie van het Amerikaanse tijdschrift Science vermeld als een van de tien belangrijkste wetenschappelijke en technologische kwesties. Op 250 augustus 20 meldde The Times dat aerogel de lichtste vaste stof ter wereld is die de explosieve kracht van 2007 kg dynamiet kan weerstaan en je beschermt tegen de hitte van een brander boven de 1 °C. Wetenschappers onderzoeken de toepassing van aerogel in allerlei toepassingen, van supergeïsoleerde ruimtepakken en supercondensatoren tot katalysatoren en de volgende generatie tennisrackets. Aerogel belooft generaties legendarische materialen te evenaren, zoals fenolhars uit de jaren 1300, koolstofvezel uit de jaren 1930 en siliconen uit de jaren 1980.
Aerogel is meerdere malen in het Guinness Book of World Records opgenomen als 's werelds lichtste vaste stof. Aerogel heeft bovendien een zeer lage thermische geleidbaarheid en brekingsindex en isoleert 39 keer beter dan de beste glasvezels. Aerogel is gebruikt voor thermische isolatie van het Russische ruimtestation Mir en de Amerikaanse Mars Pathfinder-rover, en heeft al een cruciale rol gespeeld in de lucht- en ruimtevaartindustrie.
Geschiedenis van de ontwikkeling van aerogels
1931, aerogels werden voor het eerst bereid door Kistler aan de Stanford University, VS.
In 1985 organiseerde het Instituut voor Fysica aan de Universiteit van Würzburg, Duitsland, het eerste symposium over aerogels, bekend als ISA.
1993, aerogels worden gebruikt om ruimtepakken, ruimtevaartuigen en spaceshuttles te isoleren.
In 2002 werd Aspen Aerogel, een NASA-bedrijf, opgericht om aerogels te ontwikkelen en produceren.
2004, aerogelonderzoek uitgevoerd door binnenlandse Chinese onderzoeksinstituten.
In 2006 begonnen Chinese aerogelbedrijven met de ontwikkeling van aerogels.
2017, China heeft GB/T 34336-201 afgekondigd, niet-poreuze aerogel composiet isolatieproducten
In 2021 publiceerde de Staatsraad het "Actieplan om de koolstofuitstoot in 2023 een piek te laten bereiken". Daarin werd het onderzoek naar en de ontwikkeling van koolstofvezels, aerogel, speciaal staal en andere basismaterialen versneld.
De belangrijkste eigenschappen van aerogels
(1) Ultralicht. Aerogel is de minst dichte vaste stof ter wereld, met een minimale dichtheid van een zesde van de massa van lucht. De variatie in dichtheid bedraagt doorgaans 0.001~1 g/cm³.
(2) Hoge porositeit en een hoog specifiek oppervlak. De porositeit is 80% tot 99.9%, het specifiek oppervlak is 200 tot 1000 m²/g en de typische poriëngrootte is 2 tot 1 nm.
(3) Superthermische isolatie. De slanke nanonetwerkstructuur van de aerogel beperkt effectief de voortplanting van lokale thermische excitatie, en de thermische geleidbaarheid in vaste toestand is 2 tot 3 ordes van grootte lager dan die van het overeenkomstige glasachtige materiaal.
Het principe van aerogel thermische isolatie
Verminderde thermische overdracht: Het oneindige aantal nanodeeltjes in aerogel vormt een netvormig skelet, en warmte kan alleen langs een oneindig aantal nanodeeltjes stromen. De warmtestroom kan alleen langs een oneindig aantal nanodeeltjes worden geleid, wat resulteert in een bijna oneindig pad van warmteoverdracht in de vaste stof. De warmteoverdracht in de vaste stof wordt gereduceerd tot het laagst mogelijke niveau.
Remming van thermische convectie : De gemiddelde poriegrootte van aerogels is 20-40 nm, wat kleiner is dan de gemiddelde vrije bewegingsruimte van gasmoleculen van 69 nm. Hierdoor verliezen de gasmoleculen in de poriën hun vermogen om vrij te bewegen, waardoor convectie vrijwel onmogelijk wordt.
Verminderde warmtestraling : De poriewanden die door de nanodeeltjes in aerogels worden gevormd, fungeren als infraroodschilden, en het oneindige aantal schilden vermindert de warmtestraling aanzienlijk.
(4) Katalyse. De kleine deeltjesgrootte, het hoge specifieke oppervlak en de lage dichtheid van aerogel maken de activiteit en selectiviteit van aerogelkatalysatoren veel hoger dan die van conventionele katalysatoren. Bovendien kunnen de actieve componenten zeer gelijkmatig in de drager worden verspreid en is de drager bovendien thermisch stabiel, wat het optreden van nevenreacties effectief kan verminderen.
(5) Geluidsisolatie. De lage geluidssnelheidseigenschappen van aerogels maken ze een ideaal materiaal voor akoestische vertraging of geluidsisolatie bij hoge temperaturen. Het variabele bereik van akoestische impedantie van aerogel is groot [103 ~ 107kg/(㎡-s)], wat een meer ideaal akoestisch weerstandskoppelingsmateriaal is voor ultrasone detectoren. De akoestische weerstand van piëzo-elektrische keramiek gebruikt voor ultrasone generatoren en detectoren is 1.5×107kg/(㎡-s), terwijl de akoestische weerstand van lucht slechts 400kg/(㎡-s) is. Het gebruik van silicium aerogel met een dikte van 1/4 golflengte en een dichtheid van ongeveer 0.3g/cm³ als het akoestische weerstandskoppelingsmateriaal tussen piëzo-elektrische keramiek en lucht kan de geluidsintensiteit met 30dB verhogen, de transmissie-efficiëntie van akoestische golven verbeteren en de signaal-ruisverhouding in apparaattoepassingen verminderen.
(6) Filtratieprestaties. Nanogestructureerde aerogels kunnen ook worden gebruikt als een nieuw type zeer efficiënt gasfiltratiemateriaal. Vanwege hun uitzonderlijk grote specifieke oppervlak worden aerogels door wetenschappers ook wel "supersponzen" genoemd en zijn ze ideaal voor het adsorberen van verontreinigende stoffen in water en het wegzuigen van lood en kwik uit water, waardoor ze een uitstekend materiaal zijn voor het bestrijden van ecologische rampen.
(7) Optische eigenschappen. Zuivere SiO₂-aerogel is transparant en kleurloos, en de brekingsindex (1.006~1.06) ligt zeer dicht bij die van lucht. Dit betekent dat SiO₂-aerogel vrijwel geen reflectieverlies heeft op invallend licht en zonlicht effectief kan doorlaten. Het kan daarom worden gebruikt voor de productie van isolatieglas en geluidswerend glas.
Voor meer informatie of het technisch gegevensblad en het veiligheidsinformatieblad kunt u contact met ons opnemen via e-mail: [email protected] of telefonisch: +86-28-8411-1861.
Sommige afbeeldingen en teksten zijn overgenomen van het internet en het copyright is van de oorspronkelijke auteur. Als er sprake is van inbreuk, neem dan contact met ons op om deze te verwijderen.