In u 1931, Kistler siparò u liquidu da u solidu utilizendu una tecnica di secca supercritica alcohòlica è mantene a struttura di u gasu da sminuisce è colapsà, risultatu in aerogel in u mondu.
Definizione di Airgel
L'Airgel hè un materiale solidu amorfu nanoporoso ligeru cù microparticelle nanometriche aggregate l'una cù l'altri per furmà una struttura di rete porosa in scala nanometrica è piena di un gran numaru di media di dispersione gasosa in u scheletru di a rete.
Aerogels ùn sò micca solu un materiale funziunale, ma ancu un novu statu di materia. U statu di l'aerogel hè fundamentalmente sfarente di l'altri stati di a materia in parechje pruprietà. Hà una dimensione è forma fissa cum'è a materia solida, ma a so densità apparente pò esse da un massimu di 1 g/cm³ à 0.001 g/cm³ (più bassu di a densità di l'aria); à u listessu tempu, hà una struttura porosa cum'è spugna, cù parechje proprietà di caratteristiche microscòpichi (scheletru nano-scala), macroscòpichi (materia cundensata) è mesoscopic (struttura multi-livellu è frattale), facendu chì l'aerogels pussede assai proprietà uniche. Presenta una conductività termale assai bassu, un modulu d'elasticità assai bassu, una freccia di fonone assai bassa, un indice di rifrazione assai bassu, una constante dielettrica bassa, una velocità di sonu assai bassa, una superficia specifica alta, una densità assai larga è una distribuzione di l'indice di rifrazione, etc.
Classificazione di l'Aerogels
Ci hè una larga gamma di aerogels, chì coprenu quasi tutti i sistemi di materiale. In generale, secondu a cumpusizioni chimica, ponu esse divisi in aerogels organici, aerogels inorganici è aerogels composti, etc. Aerogels pò ancu esse classificatu in silicium, carbon, sulphur, metal oxide è sistemi di metalli secondu i so cumpunenti principali.
U Status è Role di Aerogels
I scientisti dicenu chì l'aerogels cambianu u mondu.
Airgel hè statu listatu cum'è unu di i top 10 temi di scienza è tecnulugia in u 250th issue di a rivista US Science. U 20 d'aostu di u 2007, u Times hà dettu chì l'aerogel hè u solidu più ligeru di u mondu chì pò sustene a putenza splussiva di 1 kg di dinamita è mantene fora di u calore di una torcia sopra 1300 ° C. I scientisti esploranu l'usu di l'aerogel in tuttu, da i vestiti spaziali super-insulati à i supercapacitors à i catalizzatori à a prossima generazione di racchette di tennis. L'Airgel prumetti à rivali di generazioni di materiali leggendari cum'è a resina fenolica di l'anni 1930, a fibra di carbone di l'anni 1980 è u silicone di l'anni 1990.
Airgel hè statu listatu in u Guinness Book of World Records parechje volte cum'è u solidu più ligeru di u mondu. L'Airgel hà ancu una conductività termale è un indice di rifrazione assai bassu è hè 39 volte più insulante di e migliori fibre di vetru. L'aerogel hè statu usatu per insulate termale a stazione spaziale russa Mir è u rover US Mars Pathfinder, è hà digià ghjucatu un rolu vitale in l'industria aerospaziale.
Storia di u sviluppu di l'Airgel
1931, l'aerogels sò stati prima preparati da Kistler à l'Università di Stanford, USA.
1985, u primu simposiu nantu à l'aerogels, cunnisciutu cum'è ISA, hè statu urganizatu da l'Istitutu di Fisica in l'Università di Würzburg, Germania.
In u 1993, l'aerogels sò usati per insulà i vestiti spaziali, i navi spaziali è i navetti spaziali.
2002, Aspen Aerogel, una cumpagnia di a NASA, hè stata creata per sviluppà è pruduce aerogels.
2004, a ricerca aerogel cundutta da istituti di ricerca naziunali Chinese.
2006, cumpagnii naziunali di aerogel in Cina cuminciaru a sviluppà aerogels.
2017, China promulgated, GB/T 34336-201, Nonporous Airgel Composite Insulation Products
2021, u Cunsigliu di Statu hà publicatu, "Piano d'Azzione per u Carbon Reaching the Peak by 2023" per accelerà a ricerca è u sviluppu di fibra di carbonu, aerogel, azzaru speciale è altri materiali basi.
E proprietà chjave di l'aerogels
(1) Ultra-light. L'Airgel hè u solidu menu densu di u mondu, cù una densità minima di un sestu di a massa di l'aria. A variazione di a densità hè generalmente 0.001 ~ 1 g/cm³.
(2) Alta porosità è alta superficia specifica. A porosità hè 80% ~ 99.9%, a superficia specifica hè 200 ~ 1000m2 / g, è a dimensione tipica di i pori hè 1 ~ 100nm.
(3) Super isolamentu termale. A struttura di nano-rete sottile di l'aerogel limita in modu efficace a propagazione di l'excitazione termica lucale, è a so conduttività termale in u statu solidu hè 2 ~ 3 ordini di magnitudine più bassa di quella di u materiale vetru currispundente.
U principiu di l'isolamentu termale di l'aerogel
Riduzzione di trasferimentu termale: U numaru infinitu di nanoparticles in aerogel forma un scheletru di maglia, è u calore pò solu scorri longu un numeru infinitu di nanoparticles. U flussu di calore pò esse realizatu solu à longu un numeru infinitu di nanoparticule, risultatu in una strada quasi infinita di trasferimentu di calore in u solidu. U trasferimentu di calore in u solidu hè ridutta à u livellu più bassu pussibule.
Inibizione di a cunvezione termica : A dimensione media di i pori di l'aerogel hè 20-40 nm, chì hè più chjuca di a gamma libera media di e molecule di gas di 69 nm, è e molecule di gas in i pori perdenu a so capacità di muoversi liberamente, rendendu a cunvezione quasi impussibile.
Radiazione termica ridotta : I muri di i pori furmati da e nanoparticule in l'aerogel sò schermi infrarossi, è u numeru infinitu di schermi riduce assai a radiazione termica.
(4) Catalysis. A piccula dimensione di particella, l'alta superficia specifica è a bassa densità di l'aerogel facenu l'attività è a selettività di i catalizzatori di l'aerogel assai più altu ch'è i catalizzatori convenzionali, è i cumpunenti attivi ponu esse dispersi in modu assai uniforme in u trasportatore, è hà ancu una stabilità termale eccellente, chì ponu efficacemente riduce l'occurrence di reazzioni laterali.
(5) Isolamentu di u sonu. E proprietà di a bassa velocità di u sonu di l'aerogels facenu un materiale ideale per u ritardu acusticu o l'insulazione di u sonu à alta temperatura. A gamma variabile di impedenza acustica di l'aerogel hè grande [103 ~ 107kg/(㎡-s)], chì hè un materiale di accoppiamentu di resistenza acustica più ideale per i detettori ultrasonici. A resistenza acustica di a ceramica piezoelettrica aduprata per i generatori ultrasonici è detectors hè 1.5 × 107kg/(㎡-s), mentri a resistenza acustica di l'aria hè solu 400kg/(㎡-s). Utilizendu l'aerogel di silicu cù un spessore di 1/4 di lunghezza d'onda è una densità di circa 0.3 g / cm³ cum'è u materiale di accoppiamentu di resistenza acustica trà a ceramica piezoelettrica è l'aria pò aumentà l'intensità di u sonu di 30dB, migliurà l'efficienza di trasmissione di onde acustiche è riduce u rapportu signal-à-rumore in l'applicazioni di u dispositivu.
(6) Prestazione di filtrazione. L'aerogeli nanostrutturati ponu ancu esse usatu cum'è un novu tipu di materiale di filtrazione di gas altamente efficiente. A causa di a so superficia specifica eccezziunale, l'aerogels sò riferiti da i scientisti cum'è "super sponges" è sò ideali per adsorbe i contaminanti in l'acqua, sughjendu u piombo è u mercuriu da l'acqua, facenu un materiale eccellente per trattà i disastri ecologichi.
(7) Pruprietà otticu. L'aerogel SiO₂ puru hè trasparente è incolore, è u so indice di rifrazione (1.006 ~ 1.06) hè assai vicinu à quellu di l'aria, chì significa chì l'aerogel SiO₂ ùn hà quasi nisuna perdita di riflessione à a luce incidente è pò trasmette efficacemente a luce di u sole. Per quessa, pò esse usatu per fà un vetru d'insulazione è di riduzione di u rumore.
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