חומרים מבוססי Aerogel הופיעו כפתרון טרנספורמטיבי בתחום בידוד הרטט, המציע שילוב חסר תקדים של משקל אולטרה סגול, פורוזיות גבוהה וביצועים תרמיים ואקוסטיים יוצאי דופן שפותחו במקור להגנה תרמית אוויר, אלה מוצקות ⁇ סינתטיות עכשיו מונדסים כדי לספוג ולבטל חומרים מכניים עתידיים בטווח רחב של תעשיות מעצבים.

הבנה של Aerogels: Structure and Formation

Aerogels הם לא חומר אחד אבל שיעור של חומרים המיוצרים על ידי החלפת המרכיב הנוזלי של ג 'ל עם גז, בדרך כלל באמצעות יבשה סופר קריטי.התוצאה היא מוצק עם רשת של pores בקנה מידה ננומטר בקנה מידה ו השלד מוצק כי יכול להיות מורכב של אגםיקה, פחמן, פולימרים, פחמן, תחמוצת מתכת, או תרכובות אחרות.

תהליך הגלם המשמש ליצירת אווירל מאפשר שליטה מדויקת על הנפיחות, גודל ההתפלגות והרכב הכימי.על ידי התאמת ריכוז מבשר, pH, זמן ההזדקנות, תנאי הייבוש, יצרנים יכולים להתאים את התכונות המכאניות והאקוסטיות לתדרים ספציפיים ולתראות. טונה זו ממבדילה בין אקרגלים מחומרים לחיבית פסיביים כמו גומי, אשר תכונותיהם נקבעות במידה רבה על ידי ניסוח כימי.

מנגנונים של יברציה Damping ב Aerogels

לחות רטובה באירוגלי מתרחשת באמצעות כמה מנגנונים נפרדים, עובד בקונצרט כדי להמיר אנרגיה מכנית לתוך חום.המנגנון העיקרי הוא חיכוך פנימי בתוך השלד המוצק. כאשר גל רטט עובר דרך aerogel, ננומטריים נונומטריים ו nodes לעבור עיוות מחזורי, שטח גבוה ו struts דק גורם הפסדים hysteresis משמעותיים, דומה לאפקטים מבניים בטווח נמוך יותר, אך ורק עם גירוי אווירי רחב יותר.

מנגנון חשוב נוסף הוא אי התאמה אקוסטית.אירולs יש מהירות סאונד נמוכה מאוד (כ -100 מ ' /s בחלק מהגלים של אחליק) ואימפולסים אופייניים נמוך.כאשר קול או רטט נתקל בשכבה aerogel, חלק של האנרגיה הוא משתקף, ואת החלק המועבר הוא מועשר על ידי משקל פנימי שתואר לעיל.

תכונות מפתח ⁇ to Vibration Insulation

הכחשה אולטרה-Low Density

עם דחיות נמוכות כמו 0.001 g / ס"מ3, aerogels להוסיף מסה רשלנית למבנה המארח.זה קריטי ביישומים רגישים משקל כגון מטוסים, חלליות, מכוניות ביצועים גבוהים, שבו כל קילוגרם משפיע על יעילות הדלק וקיבולת המטען. חומרי לחבית האמנה כמו גיליון או גומי כבד להוסיף משקל משמעותי, בעוד aerogels יכול לספק שווה או טוב יותר עם שבריר של מסה.

פומפיליות גבוהה ושטח הפנים

מבנה ננו-אנתרופולוגיה (גדלים פואר בדרך כלל 5-50 ננומטר) יוצר אזור משטח פנימי עצום.זה ממקסם את אזור המגע לחיבוק חיכוך ומאפשר את החומר לספוג אנרגיה רטט באמצעות אירועים רבים.מבנה תאי הפתוח מאפשר גם ספיגה אקוסטית, מה שהופך את האווירל מטרות כפולה לבידוד ולהפחתה של רעש.

בידוד

Aerogels הם בין המבודדים התרמית הטובה ביותר הידוע, עם מוליכות תרמי נמוך כמו 0.015 W / (mK) ביישומים רבים של בידוד רטט, ⁇ טמפרטורה יכול להשפיע על נוקשות חומרית וביצועים לחות. Aerogels לספק חיץ תרמי כי מייצב את התכונות של שכבת הלחה על פני טווח טמפרטורה רחב.

רגישות כימית וסביבתית

סרגלי סיליקה הם הידרופוביים מטבעם כאשר מטופלים עם סוכנים סליניים, מתנגדים לקליטת לחות שיכולה לזרז ביצועים.הם גם לאיים על רוב הכימיקלים, קרינת UV והתקפות מיקרוביאליות, להבטיח חיי שירות ארוכים בסביבות קשות.יציבות כימית זו היא יתרון משמעותי על קצף אורגני, אשר יכול לגרוע כאשר חשופים לנפט, מעצורים, או לאזון.

גמישות מכנית (בצורות היברידיות)

בעוד שגלוי-שבטים של סיליקה הם שופעים, מודרני מורכב ופולימרים (למשל, פולימידי, פוליאורטן, ובסיס תאוזה) ניתן להפוך גמישים ואפילו לכופף. אלה aerogels גמישים לשמור על נאמנות גבוהה תוך מתן חוסן טוב יותר, מה שהופך אותם מתאימים ליישומים הדורשים התאמה למשטח או עיוות חוזר.

סוגים של Aerogels המשמשים בקרת Vibration

Silica Aerogels

הסוג הנפוץ ביותר זמין מסחרית. Silica aerogels מציעים בידוד תרמי מעולה ו רטט מתון לחות, במיוחד בתדרים גבוהים.הם משמשים לעתים קרובות כמו גרגרים רופפת או בצורת שמיכה (בכוח עם סיבים או סיבים קרמיקה) עבור בנייה ו insulation תעשייתי. עבור שחיקה, silica aerogels מוחלים צינורות, דוקרים, מבני, ו beamsams.

פחמן וגרפן Aerogels

צמחי אוויר המבוססים על פחמן הם מוליכים חשמלית ויש להם נוקשות מכנית גבוהה יותר מאשר silica aerogels.רשת ⁇ שלהם ניתן מהנדס לספק לחות גבוהה בתדרים נמוכים, מה שהופך אותם מועמדים לשימוש בכלי רגיש ומבנים אווירוקל. Graphene aerogels, עם שטח גבוה מאוד שלהם וכוח מכני, נחקרים עבור שליטה פעילה כאשר משולבים עם אלמנטים אדזואלקטריים.

Polymer Aerogels (Polyimide, Polyurethane, Cellulose)

סרגלי פולימר מטפלות בגלימות של אריקסים בעודם שומרים על פורוזיות גבוהה. Polyimide aerogels, למשל, גמישים ויכולים לעמוד שוב ושוב בלי סדק.הם גם מציגים רטט מעולה לחות על פני טווח טמפרטורה רחב, מ Cryogenic למעל 300 מעלות צלזיוס.חומרים אלה הם אידיאליים עבור יישומי אווירו חלל שבו רכיבה על אופניים מכניים הם תאים חמורים.

Metal Oxide Aerogels (Alumina, Zirconia)

אלומיניום ו zirconia aerogels לספק כוח מכני גבוה יותר יציבות תרמית מאשר סיליקה, עלות צפיפות גבוהה יותר. הם משמשים רטט עתיר גבוה רטט לחות יישומים, כגון מערכת exhaust insulating כריות ו מכונות תעשייתיות עלות שלהם יותר מחדש אינדקס תורמת גם לאימפולס אקוסטי תואם כמה עיצובים טרנסדוקטרי.

יישומים בתעשיות

תעופה ואוויר

Aerogels כבר בשימוש על ידי נאס"א עבור בידוד תרמי של מאדים אישורים וחליפים חלל. לאחרונה, הם משולבים בקומות תא הטייסים ואת ראשים מרובים כדי להפחית את הרטט נולד המבנה ולשפר את הנוחות של הנוסעים.המשקל הנמוך של aerogels הוא חיוני עבור חיסכון דלק, ואת ההתנגדות שלהם אש (גליציליק הם לא מסוכנים) פוגש בטיחות קפדנית על ידי הסוכנות האירופית הוכיחה מיקרו-אווירים רגישים.

תעשיית הרכב

כלי רכב חשמליים (EVs) מציגים אתגרים חדשים של רטט בשל היעדר רעש המנועים מסיכה כביש ורטטים צ'אסי. שמיכות Aerogel משמשים מחסניות אריזה ודירות מוטוריות לחסן רטטים גבוהים שיכולים להתעייף רכיבים לאורך זמן.ברכבים פנימיים של בעירה פנימית, aerogels מוחלים כדי לפסול מגינים חום וחומות אש, שילוב רטט תרמי ו בידוד בשכבה בינלאומית של NLTFin) הם צמצום חשמלי (H0 ליטרים) עבור קומפקטיים (H) קומפקטיים (H) , 000 חזק יותר ויותר חזק (H) , 000 ליטרים (H) אטמוספירה (H) אטמוספירה (H) , 000) , 000) , 000 ליטרים (H) , 000) , 000) , 000 חזק (H) , 000) , 000) , 000) , 000 ליטרים פנימיים (H) , 000 אינטנסיביים 1V ליטרים אינטנסיביים (H) הם מוחלים אינטנסיביים (H) , 000 ליטרים (H) עבור , 000) עבור , 000) צמצם תאים פנימיים (H) אטמוספירה (H) , 000) מחסנים של תאים

בנייה והנדסת אזרחים

בבניינים, בידוד רטט מבוסס אווירוגל משמש במערכות רצפת צף וקיר גמיש כדי להפחית רעש רגלית ומבנה שידור קול מולד (הפרופיל הדק של החומר (שמיכות אווירגל יכול להיות רזה כמו 2 מ"מ תוך מתן מינוף שווה ל 10 מ"מ של קצף) מאפשר לבנות חלל בשיפוץ.

אלקטרוניקה ודעה קדומה

מכשירים רגישים כגון מיקרוסקופי כוח אטומי, כונן דיסק קשיח, ומטרים אופטיים דורשים סביבות ללא רטט. Aerogel כריות ועלויות לספק רחב לחות ללא גזים או זיהום אוויריות ניקוי מנקה. שלהם דלים חד-חשמליים ו בידוד תרמי הם יתרונות נוספים באריזות אלקטרוניקה, שבו הם להגן על שבבי הן מתדחות והן חום.

מכונות תעשייתיות וייצור

ציוד תעשייתי כבד כגון דחוסים, משאבות, ועיתונות לייצר רטטים אינטנסיביים שיכולים לפגוע בקרנות להשפיע על איכות המוצר. כריות על בסיס Aerogel ו isolators משמשים יותר ויותר כדי decouple מכונות ממבני הרצפה, צמצום הרטט המועבר על ידי עד 90% בהשוואה למשטחי גומי מקבילים.ההתנגדות הכימית שלהם הופכת אותם מתאימים לצמחים לעיבוד כימי שבו נוזלי קורוזיאוקס הם נוכחים.

יתרונות השוואתיים על חומרים

חומרים לחות רטט מסורתי כוללים כריות גומי אלסטומרי, קצף פוליאורטן, קורק, סיבים, ו מחוספס לחבק (CLD) עם שכבות מולקולסטיות.כל אחד יש חסרונות כי כתובת אירובי:

  • (ב) ⁇ :0(Weight: ⁇ FLT:1) מפטרי גומי הם בדרך כלל 10-20 פעמים צפופים יותר מאשר שמיכה אירובית.
  • (FLT:0) יציבותו של התרמומלית: 1 גומי וקצף מכווץ מעל 100 מעלות צלזיוס, בעוד ש-Samlica aerogels נשאר יציב ליותר מ 500 מעלות צלזיוס.
  • (FLT:0) אחריות: FLT:1 ; Foams דחוס לצמיתות תחת עומס מתמשך, אובדן יכולת לחות. , תרכובות Aerogel להתאושש טוב יותר ולשמור על ביצועים מעל מיליוני מחזורים.
  • (FLT:0) פונקציונליות: FLT:1 לא חומר קונבנציונלי בו זמנית מספק בידוד תרמי גבוה, רטט לחות, וקליטת קול. Aerogels משלב את כל השלושה, מפשט עיצוב מערכת.
  • התנגדות סביבתית: FLT:1 קצף אורגני רגישים לחות, UV, וצמיחה מיקרוביאלית. hydrophobic aerogels מתנגד לחות והם אינרטיים מבחינה כימית.

אתגרים ודרכים מחקר

למרות ההבטחה שלהם, חומרים מבוססי אווירל עומדים בפני כמה מכשולים לאימוץ נרחב.האתגר העיקרי הוא עלות: יבשה קריטית היא אנרגיה אינטנסיבית ומכוונת אצווה, שמירה על עלויות הייצור גבוה.מחקר לתוך לחץ מסובך יבש (באמצעות שינוי פני השטח כדי למנוע קריסת pore) הפחיתה עלויות עבור כמה אדגלי מים, אבל פחמן ופולימרים נשאר יקר, בנוסף סדקים מכניים של שימוש בלחץ מכני לחץ דם דורש סדקים בלחץ גבוה.

אתגר נוסף הוא ספיגה לחות באירוגליים לא מטופלים.למרות טיפולים משטח הידרופוביים קיימים, הם יכולים לטבול עם הזמן או להיות נפגע במהלך עיבוד. עבור סביבות חיצוניות או לחות, זה נשאר דאגה.חוקרים מפתחים ציפויים מלוטשים שאינם חותמים את הנקבוביות ובכך לשמר ביצועים לחות.

מיפוי הייצור כדי לענות על הביקוש התעשייתי ללא להקריב איכות הוא אזור פעיל של מיקוד.התפתחויות האחרונות כוללות ייצור רול-to-roll של שמיכה אווירגל ושיטות ליהוק מתמשך עבור פולימרגלים פולימרים:0 (ACS Nano, 2018) אנדרט 1 [ד-ד הדפסה אדקטיבית (3D) של מבני גל מציעה את הפוטנציאל ליצור רטט מותאם אישית הוא בצורת כיתה עם אדורגים ספציפיים לתדירות גבוהה עבור ייצור אדרטציה.

פרספקטיבה וחדשנות עתידיים

ננוקום ו-Hybers

שילוב של aerogels עם ננו-חומרים כגון צינורות פחמן (CNTs) או MXenes יכול לשפר את הקשידות המכנית ולכוונון תכונות לחות. CNT-reinforced silica aerogels הראו שיפור של 40% ביחס לחשק ללא עלייה משמעותית במשקל. MXene aerogels, עם מוליכות גבוהה שלהם, פתח את הדלת לשליטה פעילה כי הגיוני ונוחות בזמן לחות.

גמיש וצורה-Memory Aerogels

צורה-זיכרון פולימרים אירוביים ניתן לדחוס עבור תחבורה ולאחר מכן להרחיב ב situ כדי למלא את הכובד.זה אידיאלי עבור רטרוfitting מבנים קיימים שבו disassembly הוא לא מעשי. גמיש פוליimide aerogels כבר להיות מסחרי לשימוש באלקטרוניקה מתקפלת ולחטים לביש.

Biodegradable ו- Sustainable Aerogels

צלולוז, שיטוסאן, ו- lignin-derived aerogels מציעים אלטרנטיבה מתחדשת ו biodegradable עבור יישומים שבהם השפעה סביבתית היא דאגה. הביצועים שלהם כיום נמוך יותר מאשר aerogels סינתטי, אבל התקדמות מהירה בעיבוד הוא סגירת הפער. אלה bio-aerogels יכול לשמש בנייה זמנית לחבית או אריזה חד פעמית עבור אלקטרוניקה רגישה.

שילוב עם מבנים חכמים

Aerogels מוטבע עם סיבים או חלקיקים יכול לשמש גם לחייף פסיבי וגם חיישן פעיל. כאשר רטט מתרחש, חומר אדזואלקטרי מייצר מתח שניתן להשתמש בו כדי לזהות את גודל הרטט או להניע פועל הפוךנגד-phase.חוקרים באוניברסיטת לוקסמבורג הוכיחו מערכת כזו באמצעות zirconate titanate (PZT) גלאזל, אשר משיגה ירידה מאוחרת יותר מאשר רסן (R) לעומת LTD) גסה (R) לעומת LTD) בודד (R) לעומת LTD) LTD) LTD) LTD) לעומת LTD (Rol (R) LTD) לעומת LTD) LTD) LTDVoldancedanced) LTD.

מסקנה

חומרים מבוססי Aerogel מייצגים שינוי פרדיגמה בטכנולוגיית בידוד רטט.השילוב הייחודי שלהם של צפיפות אולטרה נמוכה, פורוזיות גבוהה, תכונות מכניות טוטליות, ורב-תפקודיות מציב אותם כבחירה מעולה עבור תעשיות החל מאווירה לאלקטרוניקה לצרכנים. בעוד אתגרים של עלות, רטט מכני, רגישות שדה נשאר, מחקר מתמשך לנוסחאות היברידיות, עיבוד בר קיימא, ואינטגרציה חכמה היא להרחיב במהירות את היישומים המעשיים שלהם, כמו גם על ידי פיתוח יעיל יותר, כמו גם על פני מערכות בקרה מודרנית, 000, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000, 000 יעיל יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר,