Aerogelis: nepaprastas stebuklingos medžiagos žavesys
650 laipsnių kampu liepsnos purškimo pistoletas toliau purškia liepsną, bet negali uždegti specialiai padengto kartono apvalkalo; Tik atskirta plėvelės sluoksniu, ranka spaudžiama ant karšto stalo pakankamai karšta, kad „iškeptų“, bet jaučiasi tik šiek tiek šilumos; Ant rankos susidaro nematoma „apsauginė plėvelė“, kuri leidžia vandeniui akimirksniu „išpūsti“... Visa tai yra tarsi „mokslinės magijos“ reiškinys, viskas iš naujos medžiagos, kuriai priklauso daugiau nei tuzinas Gineso rekordų – aerogelis.
Norėdami intuityviau pajusti aerogelio stebuklus, atlikime keletą palyginimo eksperimentų. Pirma, tokio paties storio aerogelio medžiaga ir tradicinė izoliacinė medžiaga (pvz., akmens vata, silikatas ir kt.) dedamos į dvi vienodas aukštos temperatūros aplinkos kameras, kurių temperatūra nustatyta 650 laipsnių. Temperatūros pokyčiai abiejų medžiagų išorėje buvo stebimi realiu laiku naudojant termovizorių per tą patį 1-valandą. Pamatysite, kad tradicinės medžiagos lauko temperatūra sparčiai kyla, o neilgai trukus atsiranda deformacijų, dūmų ir pan., o aerogelio medžiagos lauko temperatūra beveik nesikeičia, o visada palaikoma žema. Tai visiškai parodo, kad aerogelis gerokai viršija tradicinių medžiagų termoizoliacines savybes.
Pažiūrėkite į kontrastą tarp aerogelio ir įprastų kietųjų medžiagų (tokių kaip metalas, mediena ir kt.). Jei pasirinksite tokio pat tūrio kaip aerogelio izoliacinės antklodės metalo gabalą ir pasversite jį atskirai, pamatysite, kad aerogelio svoris yra daug mažesnis nei metalinio blokelio, o tai išryškina itin lengvas aerogelio savybes. Tada jie vienu metu dedami ant kaitinimo plokštės, nustatytos iki 200 laipsnių. Kaitinimo metu termometru pamatuokite, kaip greitai pakyla temperatūra dviejų medžiagų paviršiuje, ir rezultatai jus nustebins. Metalo paviršiaus temperatūra kyla greitai, o aerogelio paviršiaus temperatūra kyla labai lėtai, o tai rodo puikias aerogelio termoizoliacines savybes, ryškų kontrastą, kad galėtumėte giliau pajusti aerogelio magiją.
Laikydami liepsnos purškimo pistoletą iki 650 laipsnių temperatūroje, nusitaikykite į įprastą kartoninį apvalkalą ir akimirksniu popierinis apvalkalas sudegs, liepsna greitai pasklis, o kartoninis apvalkalas pavirs pelenais tik maždaug per 20 sekundžių.
Tačiau kai kartoninis apvalkalas buvo padengtas plonu skaidrių „stebuklingų dažų“ (ty su aerogeliu susijusių gaminių) sluoksniu ir vėl sudegintas 650 laipsnių liepsnos pistoletu, situacija buvo visiškai kitokia. Šį kartą kartoninis apvalkalas ne tik neuždegė, bet ir beveik nesimatė liepsnos degimo pėdsakų, ant jo paviršiaus liko tik baltų granuliuotų miltelių sluoksnis. Jei paliesite popieriaus nugarėlę, šilumos visiškai nejausite. Pasak darbuotojų, esant aukštai 650 laipsnių temperatūrai, jis gali atlaikyti degimą daugiau nei 3 valandas nepažeistas.
Šio eksperimento metu liepsnos šiluma bandė įsiskverbti į kartono apvalkalą, tačiau aerogelio danga veikė kaip nesunaikinamas barjeras, negailestingai sulaikydamas šilumą. Kartoninis apvalkalas gali būti saugiai apsuptas liepsnų, tarsi burtų keliu, o tai ryškiai parodo nuostabias aerogelio termoizoliacines savybes.
Antroji „magija“ susijusi su vandeniu. Viename rezervuare virš vandens tvirtai pakabintas nesilydančių „stebuklingų miltelių“ (aerogelio dalelių) sluoksnis. Žurnalistas per miltelius pasiekė dugną ir akimirksniu pajuto, kad visa ranka permirkusi vandeniu. Tačiau ištraukęs ranką jis nustebo pamatęs, kad joje nebuvo nė lašo vandens. Vėliau ši ranka daug kartų buvo kišama į kitus baseinėlius ar net plaunama tiesiai vandeniu, o visa ranka atrodė visada apgaubta nematoma „apsaugine plėvele“, galinčia „išpūsti“ visą vandenį.
Ši vandeniui atspari aerogelio savybė yra dėl ypatingų paviršiaus savybių. Dėl jo mikrostruktūros vandens molekulėms sunku prilipti prie jo, o formuojasi lašeliai, kurie nukrenta, kaip ir savaime išsivalantis lotoso lapo paviršius.
Ar galite patikėti, kad žmogaus ranka gali paliesti daiktą, esantį aukštesnėje nei 100 laipsnių temperatūroje, nenusidegindama?
Trečioji „magija“ orientuota į „šilumą“. Ant karšto stalo, nuo kurio šaltas vanduo gali akimirksniu užvirti ir išgaruoti, užtepti „stebuklingos plėvelės“ (aerogelio izoliacinio popieriaus) sluoksnį, reporteris nervingai spaudė ant jo ranką ir stebėtinai pajuto tik šiek tiek šilumos.
Technologija: pasaulyje pirmaujančių paruošimo metodų tyrimas ir plėtra
Tiesą sakant, už šių nuostabių „stebuklingų dažų“, „stebuklingų miltelių“ ir kitų „stebuklingų dalykų“ slypi Gineso rekordų knyga, kurioje yra daugiau nei 10, o žurnalas „Science“ giriamas kaip „stebuklinga medžiaga, galinti pakeisti pasaulį“ – aerogelis.
Naujas Coon medžiagų pramonės palaikymo inžinierius žurnalistams sakė, kad aerogelis yra lengviausia šiuo metu pasaulyje žinoma kieta medžiaga, be to, tai yra pati puikiausia pasaulyje kieta medžiaga, pasižyminti šilumos izoliacija ir priešgaisrine charakteristika.
Kuo aerogelis toks nuostabus? Inžinierius paaiškino su "cukrinės vatos" analogija.
Inžinieriai pastebėjo, kad ryšys tarp aerogelio ir smėlio (daugiausia silicio dioksido) buvo panašus į ryšį tarp zefyrų ir baltojo cukraus. Jo šiluminė izoliacija ir antipireno savybės yra tokios puikios, nes jo molekulinėje struktūroje yra daug nanoskalės skylių, kurių poringumas didesnis nei 95%. Šios nanoskalės skylės yra tarsi „šilumos izoliacijos labirintas“ mikroskopiniame pasaulyje, kuriame šiluma nuolat atsispindi ir sklinda, todėl sunku sklandžiai laidoti, todėl aerogelio šilumos laidumas yra itin mažas ir jį galima pasiekti. šilumos izoliacijos efektas, panašus į vakuumo. „Skyulės zefyre matomos plika akimi, o aerogelio skylės yra nanoskalės, 1,000 karto mažesnės už žmogaus plauko skersmenį.
Nepaisant puikių savybių, aerogelius sunku gauti.
Tradiciniam aerogelio paruošimui reikalingas „superkritinio džiovinimo paruošimo“ metodas, kuris turi būti ruošiamas kelias dienas esant aukštai temperatūrai ir slėgiui. Dėl to kyla daug problemų, tokių kaip didelės įrangos sąnaudos, sudėtingas proceso srautas, rimta taršos emisija ir kt., todėl gamybos sąnaudos išlieka didelės. Todėl aerogelio gaminiai dažniausiai naudojami pagrindinėse srityse, tokiose kaip aviacija.
Atsižvelgdama į šią situaciją, inovacijų komanda, vadovaujama Xie Yi, Kinijos mokslų akademijos akademiko ir Kinijos mokslo ir technologijų universiteto profesoriaus, po dešimtmečių nenuilstamų pastangų savarankiškai sukūrė pasaulyje pirmaujantį aerogelio paruošimo metodą – aplinkos apsauga aerogelio atmosferos slėgio džiovinimo metodas“. Šis metodas gali labai sumažinti aerogelio paruošimo išlaidas, skatinti sklandesnę aerogelio gaminių industrializaciją ir priversti juos iš tikrųjų patekti į mūsų kasdienį gyvenimą.
Naudojimas: „ugnies palto“ kūrimas
Statybos srityje aerogelio naudojimas pasiekė puikių rezultatų. Pavyzdžiui, dideliame komerciniame pastate metinės energijos sąnaudos vėsinimui ir šildymui yra gana didelės, kai nenaudojama aerogelio izoliacija, o išlaidos elektrai sudaro didelę eksploatacinių išlaidų dalį. Modifikavus aerogelio izoliacines medžiagas, atliekant griežtą energijos suvartojimo stebėjimą ir statistiką, nustatyta, kad metinis energijos suvartojimas vėsinimui ir šildymui labai sumažėja, o atitinkamos elektros sąnaudos taip pat žymiai sumažėja.
Energijos suvartojimo lygis yra žymiai mažesnis nei kaimynystėje esančių panašių komercinių pastatų, kuriuose nenaudojama aerogelio izoliacija, o energijos taupymas yra akivaizdus.
Tai daugiausia lemia puikus aerogelio pastatų izoliacinių dangų veikimas. Norint pasiekti pastovų 40–60 mm įprastos izoliacinės medžiagos temperatūros efektą, reikia tik plonos 2–5 mm dangos, taip sumažinant patalpos energijos sąnaudas daugiau nei 30%. Ši itin efektyvi izoliavimo galimybė ne tik sutaupo nemažus pastatų savininkų eksploatacinius kaštus, bet ir teigiamai prisideda prie bendro energijos suvartojimo mažinimo statybų sektoriuje visos visuomenės propagavimo energijos taupymo ir emisijų mažinimo kontekste.
Zhejiang Runfew New Material Co., Ltd atliko nepakeičiamą vaidmenį šiame procese. Jos kruopščiai sukurti „airgel“ serijos gaminiai ir toliau įneša naujo gyvybingumo pastatų energijos taupymo srityje, padeda daugiau pastatų pasiekti aukšto efektyvumo izoliaciją ir taupyti energiją bei sumažinti suvartojimą, o šios stebuklingos medžiagos „airgel“ vertė statybų srityje yra didesnė.