Co je Aerogel? Teorie, Vlastnosti a Aplikace

G. P. ThomasAug 22 2012

‚Aerogel‘ je široký pojem užívaný mluvit o mimořádnou skupinu materiálů, které byly používány od roku 1960 v cestování vesmírem, ale nyní zjišťují používá v celé řadě průmyslových odvětví. „Aerogel“ není specifický minerál nebo materiál se stanoveným chemickým vzorcem-spíše se tento termín používá k zahrnutí všech materiálů se specifickou geometrickou strukturou. Tato struktura je extrémně porézní, pevná pěna, s vysokou konektivitou mezi rozvětvenými strukturami několika nanometrů napříč.

ačkoli aerogel je technicky pěna, může mít mnoho různých tvarů a forem. Většina aerogelu se skládá z oxidu křemičitého, ale uhlík, oxid železa, organické polymery, polovodičové nanostruktury, zlato a měď mohou také tvořit aerogel. Ve struktuře aerogelu je však velmi málo pevného materiálu, přičemž až 99,8% struktury sestává z ničeho jiného než ze vzduchu. Tato jedinečná kompozice dává aerogelu téměř strašidelný vzhled; proto se často označuje jako „zmrzlý kouř“.

i Když to vypadá jako hologram, tohle je fotka o kus aerogel, který se na dotek jeví jako Polystyren. Obrázek Kreditů: NASA

Chemické a Fyzikální Vlastnosti Aerogelu

Jeden z nejznámějších a nejvíce užitečné fyzikální vlastnosti aerogelu je jeho neuvěřitelná lehkost-to obvykle má hustotu mezi 0.0011 0,5 g cm-3, s typickým průměrem kolem 0.020 g cm-3. To znamená, že aerogel je obvykle pouze 15krát těžší než vzduch a byl vyroben při hustotě pouze 3krát vyšší než vzduch. Je to tak lehké, že kdyby Michelangelův David byl vyroben z aerogelu, vážil by přibližně stejně jako pytel cukru! Po mnoho let, aerogel byl v Guinessově knize rekordů jako pevná látka s nejnižší hustotou‘, předtím, než je vyloučen nedávno kovové microlattice a pak aerographite.

to však zdaleka neznamená, že by aerogel byl nadbytečný, protože má dalších 14 světových rekordů, včetně „nejlepšího izolátoru“. Další žádoucí vlastnosti aerogelu jsou uvedeny níže, přičemž některé z těchto vlastností jsou také nejlépe známé člověku.

• Nízkou střední volná dráha difuze
• Vysoký specifický povrch (pro non-prášek materiál)
• Nízká tepelná vodivost
• Nízká rychlost zvuku
• Nízký index lomu
• Nízkou dielektrickou konstantou

mimořádně nízká tepelná vodivost aerogelu je zde mistrovsky demonstrována, protože tyto voskové pastelky sedí přímo nad silným plamenem bez roztavení díky ochrannému aerogelu. Kredity obrázků: NASA

jak vzniká Aerogel?

obecně se aerogel vytváří sušením gelu ve vysokoteplotním prostředí. Nejprve se gel vytvoří v roztoku a potom se kapalná složka odstraní superkritickým sušením, které pomalu odstraňuje kapalinu, aby se zachoval strukturální tvar. Tato kapalná složka je pak nahrazena vzduchem. Aerogel byl nejprve vytvořen v roce 1931 Samuel Stephens Kistler, s uhlíkem aerogels poprvé představen v roce 1980.

Aerogel: Nejlehčí Elektroniky Štít na Zemi

Aplikace Aerogel

Jako aerogel má tak různorodé chemické a fyzikální vlastnosti, to není žádné překvapení, že to má také širokou škálu aplikací. Od roku 1960, aerogel se používá jako izolační materiál ve skafandrech astronautů NASA tak, i přes svůj jemný vzhled, to je velmi silný a může přežít podmínky vzletu snadno.

na počátku 21. století byl aerogel zaměstnán ve velmi zvláštní roli NASA-zachytit vesmírný prach. Aerogel se používá ve spojení s misí „Stardust“, jejímž cílem je poprvé přivést částice z vesmíru zpoza měsíce. Tento prach je primárně shromažďován z komety „Wild 2“. Aerogel se používá k zachycení tohoto kometního prachu, protože bude schopen zachytit malé částice, aniž by je fyzicky změnil. Když částice narazí na aerogel, to bude cestovat rychlostí až 6 krát, že kulka z pušky, což znamená, že většina látek by neměl být schopen zpomalit prach bez tepla a tedy změna probíhá. S aerogelem se však prach pohřbí do porézního materiálu a postupně se zastaví, protože ztrácí hybnost.

zjistěte více o tom, jak aerogels byly použity v kombinaci s grafenu v fotovoltaické aplikace

Aerogel začíná, aby se stal musíte mít materiál v izolaci průmyslu a byl použit pro několik let ve dutiny injekčně izolace stěn a izolačních desek. V poslední době se omítka na bázi aerogelu používá k izolaci historických budov ve Švýcarsku. EMPA (Švýcarské Federální Laboratoře pro materiálové Vědy a Technologie) laboratoře pracovali s výrobní společnost Fixit AG rozvíjet render (izolační materiál) na základě aerogel, který věří, že bude poskytovat dvakrát izolace běžných omítek. Použití aerogelu je tímto způsobem mimořádně energeticky účinné a ekologicky přínosné, protože výrazně omezí používání fosilních paliv při vytápění.

Zlepšení křehkost a lámavost aerogels nedávno oznámila, že zcela nový svět aplikací může být otevřen v budoucnosti, od oblečení, aby tepelná izolace.

Nesuďte knihu podle obalu: i když je tento malý kousek aerogelu neuvěřitelně lehký a strašidelný, může snadno podporovat standardní cihlu domu. Obrazové Kredity: NASA

Odkazy a Další Čtení

• NASA Jet Propulsion Laboratory
• EMPA
• www.aerogel.org
• Vesmírné technologie pro staré budovy, EMPA, 20. srpna 2012
• ‚Plná kouře materiál aerogel dostane přidáno sílu, BBC News, 20. srpna 2012

Napsal

G. P. Thomas

Gary absolvoval University of Manchester s první třídy vyznamenání stupně v Geochemie a Mistry v Věd o Zemi. Poté, co pracoval v australském těžebním průmyslu, Gary se rozhodl zavěsit své geologické boty a obrátit ruku k psaní. Když není rozvojových aktuální a informativní obsah, Gary lze obvykle nalézt hraje svou milovanou kytaru, nebo sledování Aston Villa FC vyrvat porážku z čelistí vítězství.

Citace