Giriş: Aerogels'in Yükselişi Gelişmiş Dokümanlar Olarak

Aerogels, malzemelerdeki en olağanüstü başarılardan birini temsil ediyor - 99,8 havadan yukarı olan katı, ancak aşırı sıcaklık gradients. 1931 yılında Samuel Kmes tarafından süper kritik bir kurutlama sürecinden, bu açık köpükler ve boru hatları, geniş bir uzay aracına yönelik pratik yalıtım malzemeleriyle gelişti.

Aerogels'in termal ve mekanik özelliklerini anlamak, mekanik davranışlarıyla ilgili olan fiziksel ilkeleri ve değişkenleri anlamak ve aerogelsiyon bazlı yalıtımları ana akıma getiren maddi yenilikler için önemlidir.

Aerogel Yapılarının Arkasındaki Bilim

SolGel Synthesis ve Kuru Teknikler

Tüm aerogels, solun tepkisiyle oluşturulan ıslak bir jel olarak başlar.En yaygın tip için - sıvıyı dışlama veya silüme gibi hassas ağların çıkarılması (TEOS) veya sodyumüre) ile kurup, sıvı ile çevrili üç boyutlu bir silik partikülleri oluşturmak için yapılır.

Daha yeni gelişmeler şunları içerir:0)Ibient-basaj kurutma[DÜT:1), kimyasal yüzey modifikasyonları, porselen duvarları Hidrofobik ve kapiller streslerini azaltır, iyi yalıtım performansı korurken üretim maliyetlerini azaltır.

Aerogel Chemistries

Simetriler piyasaya hükmedirken, diğer kimyagerler mülk zarfını genişletir.ETHFLT:0)Carbon aerogels), yeniden üretilen (alumina, zirkonomi jeller, demir oksit) katalitik veya manyetik işlevsellik ile birlikte yalıtım sağlar. ”

Aerogels'in termal yalıtım özellikleri

Ultra-Düşük Termal Davranışların Mekanikleri

Aerogels'in olağanüstü termal performansı, üç ısı transferinin baskısından kaynaklanıyor: iletken gaz, konveksiyon ve radyasyon. Tipik katı, lattice vibrasyonları (parçalı) ısı geçişi, ancak, nano ölçekli bir pore ağının normal koşullardan önemli ölçüde azaltılmasıdır.

Konveksiyon neredeyse ortadan kaldırıldı çünkü gözenekler, ısı geçişinin ısı geçişinin düşük olduğu için çok küçüktir. Radiative ısı transferi, karbon siyah, titanyum dioksit veya demir oksit gibi geleneksel yalıtım malzemelerinin performansını aşarak ele alınacaktır (0.030–0.040), daha da vakumlu polyesterler, ısı iletkenliği değerlerin düşük olması için ısıtılabilir.

Geleneksel yalıtım malzemeleri ile karşılaştırıldığında

Bu sayıları perspektife koymak için: 1cm-thick aerogel battaniyesi aynı termal direnişe (R-değer) 5 cm poliurethane köpük veya 10 cm camlar üzerinde ısıtılabilir. Bu kalınlık avantajı özellikle de uzayın kapalı olduğu değerlidir - çünkü bina içi yalıtım, endüstriyel boru yalıtımı veya yüksek verimsiz cihazlar.

[FONT:0) Gerçek yüklemelerde uygulanan temel termal performans dikkatli mühendislike bağlıdır.[[DÜT:1) Aerogel battaniye ve kurullar hava infiline karşı mühürlenmelidir ve malzeme kırılganlığı sırasındaki kırılganlık özel yükleme prosedürleri gerektirir. Bununla birlikte, alan çalışmaları sürekli olarak bina içindeki geleneksel malzemeleri yerine getirir.

Mekanik Özellikler ve Sınırları

Inherent Brittleness ve Fracture Davranış

Özellikle, aerogels süperçavümanları yapan çok özellik, son derece yüksek karizmalar (ayrıca onları mekanik olarak zayıflar) Silica aerogels, özellikle de, yapı sadece 0.1-1 MPa ve kırıklıkların yüksek çözünürlükte gücü vardır (<0.1%).

[FONT=0]Sekizin doğası [Dönetici:0], uzun vadeli performanslar ile ilgili mikrokuzlaşıcılar tanıtılabilir.[Döneticileri kontrol etmek için).[Döneticileri kontrol etmek için zorlanmalar ve sınırlı olmayan testler, kritik stres yoğunluk faktörlerine (KÖrnekIc) göre, 0.0-0.1 MPa m[D)[Döneticileri için, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlüktedir.

Kombinasyon, Gerilme ve Flexural Response

Kompresyona yüklenen zaman, aerogels üç ayrı rejim sergiliyor. Başlangıçta, elastik davranış daha sağlam bir şekilde, Young'ın modülli tipik olarak 1 ve 100 MPa ile geri dönüşümlü olarak, yapı geri dönüşümlü olarak çökmeye başlar.

Flexural sertlik şaşırtıcı derecede düşük - 2cm-thick silik aerogel plaka sadece birkaç derece egzersiz öncesi iyileştirilebilir.Bu, aerogel'in yüklerin geliştirilmesini sağlamıştır:0) Fiberreinforced aerogel kompozitleri), bir fibrous mat (cam, karbon veya polimer fiberler) dramatik olarak genişleyen bir şekilde genişletilebilir.

Dondurucu Stratejiler: Kompozitler ve Cross-linking

Birkaç yaklaşım, aerogels mekanik dayanıklılığını geliştirirken, termal özelliklerini korurken.ETHFLT:0)Organik-zenfek hibridizasyon), yerel silikat zincirlerini silik ağına (örneğin, sinerjik veya epoksit bağlantıları ile) içerir.

Bir başka rota Fiber takviye, bu zaten aerogel battaniye şeklinde ticarileşmiştir. camdan yapılmış olan, seramik veya karbon fiberler, nanotelüloz ve karbon nanotüplerin kullanımını da araştırır.

Aydınlatmada Anahtar Uygulamaları

Bina ve İnşaat

İnşaat sektörü net enerji binalarına doğru itiyor, ince, yüksek performanslı yalıtım için güçlü bir talep yarattı. Aerogels, normalde kalın malzemeler için günlük aydınlatmaya ihtiyaç duyan iç sıva, hafif paneller ve translucent olarak kullanılabilir. [...]

Aspen Aerogels, Cabot Corporation ve BASF gibi üreticiler, inşaat zarfları için entegre edilmiş bir şekilde yalıtım kurulları sunabilir. Yangın direnci uygun: silik aerogels, 500 °C'ye kadar sıcaklıklara dayanamaz ve organik bağlayıcılar veya polimer takviyeler bu eşikleri daha düşük olabilir.

Havacılık ve Uzay

[FONTA, aerogel uygulamaları için uzun zamandır öncü olmuştur [DÜT:1], Mars Arama Rovers ve Stardust misyonunun parçacık toplayıcısı için bir miktar ısıtmış olan aerogel battaniyeleri kullanarak, yüksek sıcaklıklar - s-100 °C'den gölgede +120 °C'ye kadar- bu standartların bir kısmını etkin bir şekilde yürütür.

Uydu termal yönetiminde, aerogel kompozitleri, en az kütle ekleyerek yörüngesel sıcaklık hız hızlarından hassas elektronikleri korur. En son araştırmalar esnek aerogel uzay antenleri ve güneş dizileri için vaat ediyor gelecek nesiller için hafif termal kontrol sistemleri.

Endüstriyel ve Petrol & Gaz

Endüstriyel ortamlarda, buhar hatları için boru yalıtımı, sıcak petrol süreçleri ve kriyojenik sıvılar büyük bir pazardır. Aerogel battaniyeleri karmaşık geometrilere uymayı kesebilir ve bir tesisin hayatına bağlı olarak tutarlı yalıtım performansını sağlayabilir.

Subsea yağı ve gaz boru hatları için, aerogel yalıtım, hidrat oluşumu ve paraffin depozisyonuna karşı dirençli su bileşiklerine karşı dirençli köpük sistemleri tercih edilir, çünkü boru genişletme ve ısı bisikleti çatlakları çatlakları çatlaklar olmadan tutarlar.)

Koruyucu Giyim ve Tekstil

Aerogel bazlı kumaşlar açık ve iş giyim pazarlarına giriyor, nemlendirme olmadan üstün termal koruma sağlıyor - devam eden araştırma buharla yalıtım yapmayı hedefliyor.

Mevcut Sınırlar ve Devam Eden Araştırma

Üretim Maliyetleri ve Scalability

Süperktik kurutma süreci pahalı kalır, uçak başına 1-5 $ 'lık bir yalıtım maliyetine katkıda bulunur (0.092 m3), geleneksel köpüklerden birkaç kez daha yüksek. Orta basınçlı kurutma ve sürekli üretim süreçleri daha düşük fiyatlardır, ancak yaygın kabul, daha fazla maliyet azaltımı gerektirir.

Durability ve Uzun Süreli Davranış

Aerogels, çizildiği zaman tozlanmaya karşı hassastır ve bunu azaltacak şekilde kaybolabilir, ancak on yıllar boyunca hizmet hala değerlendiriliyor.

Çevre ve Sağlık Tahminleri

Çoğu aerogels, siliklerden, bol ve çevresel bir iyi ham malzemeden üretilir. Sol-gel süreci, geri dönüştürülmüş veya incinerated olan alkol ve katalizörleri kullanır. Super critical CO2 kurutma, organik çözücüleri kurutmak için de doğal olarak daha sürdürülebilirdir. Ancak, karbon aerogellerin üretimi genellikle yüksek sıcaklık piroliz içerir ve bu da daha yüksek karbon ayak izi vardır.

Future Yol ve İnovasyonlar

Kompozit ve MultiLayer Aerogels

Araştırmacılar, notlu yoğunlukla aerogels tasarlıyor - mekanik sertlik için dış tabakalar ve yalıtım için yüksek derecede göz ardı edilebilir bir temel. Bu “işlevsel olarak sınıflanmış” mimari mimik doğal malzemeler ve başarısızlık olmadan döşemeye yol açan panellere yol açabilir. Ayrıca, gelişme olmadan da yıkamak için aerogel-faz bir değişiklik malzeme (PCM) ısıtılabilir ve ısıtılmış ısıları absorbe ederek ve geç ısıtarak stabilize etmek.

Günlük Havaalanları için Tutarlı Aerogels

Makulluk aerogels, görünür ışıkla% 85 ve düşük fındık üzerinde iletiyor, yüksek çözünürlükte pencereler ve gökyüzünü aydınlatıyor. ”Cabot Corporation) daha düşük maliyetle tıkanmalarını önlemek için, optik meydan okumalar için birerogel'u sunar ve pilot projeler zaman içinde U-değerlerini elde eden iki taraflı birimleri göstermiştir.

Esnek ve çizilebilir Aerogels

Polimer öncüleri veya çapraz bağlantıcıları kullanarak, bilim adamları iyi huylu, çarpıtılabilir ve hatta yüzde birkaçını genişletmiş olan birerogel filmi “aerogel tekstil” için idealdir, malzemenin hazır olduğu veya kullanılabilir bir membran olarak kullanılır. Örneğin, poliimide aerogel filmleri başarısız olduktan önce bildirilen% 50 elongasyon daha önce bildirilenden önce, <0.020 W m -1 K-1 termal iletkenlik.

Sürdürülebilir Beslenme ve Yeşil İmalat

Biyo bazlı malzemelerden aerogel üretmek için çaba sarfedin - şu anda organik aerogellerin termal stabilitesi, husk ash – hızlanan ve bu “yeşil aerojektifler” biyo-yaerogelişmiş performansta hızlı ilerlemeyi vurgular.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Aerogels, yalıtım alanında eşsiz bir pozisyon işgal ediyor: Bilinen herhangi bir sağlam malzemenin en düşük termal iletkenliği sunuyorlar, ancak mekanik kırılganlıkları onları daha fazla niş uygulamalarla sınırlıyor. Kompozit tasarım, bağlantı kimyası ve üretim ölçeklendirme, bu ticaret-tavuşturma, inşa edilmiş ortamın her kısmına süper-yaşlı bir aerogelişme battaniyeleri getiriyorlar.

Spekatörler ve mühendisler için, anahtar, aerogel'in özelliklerini uygulamanın taleplerine karşı eşleştirmek: eğer sıkıştırıcı yükler mevcutsa, güçlendirilmiş bir kompozit zorunlu; optik şeffaflık gerekliyse, saf bir silik aerogel sadece seçimle mücadele etmek için devam ediyor. Üretim maliyetlerin on yıllar boyunca kanıtlandığı gibi, aerogels enerji atıklarına karşı mücadelede standart bir araç haline gelmeye hazırlanırsa, şimdiye kadar olan bir malzeme sunmak, “göstermeme ama hava” ile birlikte, işi yapmaya devam ediyor.