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O mistério da estrutura do airgel: como ele mantém essa força?
Airgel, esse material poroso sintético ultra-leve, atraiu atenção generalizada da comunidade científica desde o seu nascimento.Como um material a partir de um gel, seus componentes líquidos são substituídos por gás para gerar sólidos com estruturas soltas, mas não perdem força.Nos últimos anos, a aplicação de aerogels aumentou gradualmente e seu potencial de energia, meio ambiente e aviação atraiu grande interesse.
A estrutura especial dos aerogéis permite que eles mantenham sua integridade e força em condições extremas.
História do Airgel
Os primeiros registros documentais dos aerogéis datam de 1931 e foram criados pelo químico americano Samuel Stephens Kistler, que percebeu a tecnologia de substituir líquidos no gel por gases devido a uma aposta com Charles aprendido.O desenvolvimento dessa tecnologia estabeleceu as bases para a produção posterior de materiais airgel.
Propriedades do airgel
Embora seja chamado Airgel, é realmente um material sólido forte e seco que é completamente diferente das propriedades físicas dos géis tradicionais.Sua excelente capacidade de rolamento vem de sua microestrutura dendrítica, onde partículas esféricas com diâmetros de cerca de 2 a 5 nanômetros se fundem para formar um cluster e formar ainda mais uma estrutura tridimensional altamente porosa.Essa estrutura única produz 90% a 99,8% do volume do ar do airgel, proporcionando excelentes propriedades de isolamento.
Airgel pode efetivamente eliminar os dois métodos de transferência de calor de condução e convecção, tornando -o um excelente material de isolamento térmico.
Estrutura do airgel
A estrutura dos aerogéis se origina do processo de polimerização sol-gel, que envolve a reação entre monômeros, formando uma macromolécula reticulada em rede.Quando o material é criticamente aquecido, o líquido evapora, deixando para trás essas estruturas macromoleculares reticuladas, resultando em uma estrutura porosa e forte.
Porosidade do Airgel e seus fatores de influência
O grau de polimerização e a porosidade dos aerogéis são fatores importantes que influenciam suas propriedades físicas.A rede porosa de aerogels permite que o gás flua livremente dentro dele, o que fornece boas capacidades de filtração ambiental.A porosidade também afeta a condutividade térmica do airgel, porque os tamanhos de poros menores podem reduzir significativamente a condutividade térmica do gás.Além disso, o tamanho e a forma do orifício também têm um impacto direto em sua resistência e força de desgaste.
impermeável e estabilidade
Como material hidrofílico, a estrutura do airgel é propensa a mudar ou até colapso após a absorção de umidade.No entanto, tornar o interior do airgel hidrofóbico com tratamento químico adequado pode melhorar significativamente seu desempenho e reduzir a deterioração como absorção de umidade.
Evolução do processo de produção
O processo de produção do Airgel pode ser dividido em três etapas principais: transformação sol-gel, melhoria da rede e secagem.Atualmente, a tecnologia de secagem supercrítica clássica, a liofilização, etc. são os principais métodos de produção.Nesses processos, garantir que a integridade da rede matriz e a manutenção dos poros seja crucial.
Perspectivas de aplicação de airgel
As excelentes propriedades dos aerogéis os fazem ter potencial de aplicação em muitos campos, incluindo isolamento térmico, restauração ambiental, armazenamento de energia e engenharia de materiais.Com o avanço da ciência e da tecnologia e o aprofundamento da pesquisa, espera -se que o escopo da aplicação dos aerogéis continue a se expandir.
No entanto, os aerogéis ainda enfrentam desafios nos custos de fabricação e aplicações de engenharia.Eles podem se tornar materiais mais amplamente usados no futuro, mudando ainda mais nossa tecnologia e estilo de vida?
