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エアロゲルの構造の謎：それはどのようにそのような強さを維持しますか？
この超軽量の合成多孔質材料であるエアゲルは、生まれてから科学界から広範囲にわたる注目を集めています。ゲルから始まる材料として、その液体成分はガスに置き換えられ、ゆるい構造を持つ固体を生成しますが、密度が非常に低いだけでなく、優れた熱伝導特性を示します。近年、エアロゲルスの適用が徐々に増加し、エネルギー、環境、航空の可能性は大きな関心を集めています。
エアロゲルの特別な構造により、極端な条件下で完全性と強さを維持できます。
エアロゲルの歴史
Aerogelsの最初のドキュメンタリー記録は1931年に遡り、アメリカの化学者Samuel Stephens Kistlerによって作成されました。この技術の開発により、エアロゲル材料の生産の基礎が築かれました。
エアロゲルの特性
それはエアロゲルと呼ばれますが、実際には、従来のゲルの物理的特性とはまったく異なる強力で乾燥した固体材料です。その優れたベアリング能力は、その樹状突起微細構造に由来します。この微細構造では、直径が約2〜5ナノメートルの球形粒子が融合してクラスターを形成し、さらに多孔質の3次元構造を形成します。このユニークな構造により、エアロゲル空気の体積の90％から99.8％が得られるため、優れた断熱特性が得られます。
Airgelは、伝導と対流の2つの熱伝達方法を効果的に排除することができ、優れた熱絶縁材料になります。
エアロゲルの構造
エアロゲルの構造は、モノマー間の反応を含むゾルゲル重合プロセスに由来し、ネットワークのような架橋高分子を形成します。材料が非常に加熱されると、液体が蒸発し、これらの架橋された高分子フレームワークを残して、多孔質で強い構造をもたらします。
エアロゲルの多孔性とその影響因子
航空機の重合度と気孔率は、物理的特性に影響を与える重要な要因です。エアロゲルの多孔質ネットワークにより、ガスはその中を自由に流れることができ、優れた環境ろ過能力を提供します。細孔サイズが小さくなるとガスの熱伝導率を大幅に低下させる可能性があるため、気孔率はエアロゲルの熱伝導率にも影響します。さらに、穴のサイズと形状は、その耐摩耗性と強度に直接影響します。
防水性と安定性
親水性物質として、エアロゲルの構造は、水分を吸収した後、変化したり崩壊したりする傾向があります。ただし、適切な化学処理でエアロゲルの疎水性の内部を作ると、その性能が大幅に向上し、水分吸収として劣化を減らすことができます。
生産プロセスの進化
エアロゲルの生産プロセスは、ソルゲル変換、ネットワークの改善、乾燥という3つの主要なステップに分けることができます。現時点では、古典的な超臨界乾燥技術、凍結乾燥テクノロジー、フリーズドライなどが主要な生産方法です。これらのプロセスでは、マトリックスネットワークの完全性と細孔の維持を確保することが重要です。
Airgel
の適用の見通しエアロゲルの優れた特性により、熱断熱材、環境修復、エネルギー貯蔵、材料工学など、多くの分野でアプリケーションの可能性があります。科学技術の進歩と研究の深化により、エアロゲルのアプリケーション範囲は拡大し続けると予想されます。
ただし、Aerogelsは依然として製造コストとエンジニアリングアプリケーションの課題に直面しています。彼らは将来、より広く使用されている素材になることができ、私たちのテクノロジーとライフスタイルをさらに変えることができますか？
