Que é o aeroxel?

O nacemento do aeroxel

En 1931, Kistler separou o líquido do sólido empregando unha técnica de secado supercrítico alcohólico e evitou que a estrutura do gas se contraese e colapsase, o que deu lugar ao aeroxel.

Definición de aeroxel
O aerogel é un material sólido amorfo nanoporoso lixeiro con micropartículas a escala nanométrica agregadas entre si para formar unha estrutura de rede porosa a escala nanométrica e chea dun gran número de medios de dispersión gasosos no esqueleto da rede.

Os aeroxeles non son só un material funcional, senón tamén un novo estado da materia. O estado de aeroxel é fundamentalmente diferente doutros estados da materia en moitas propiedades. Ten un tamaño e unha forma fixos como a materia sólida, pero a súa densidade aparente pode variar desde un máximo de 1 g/cm³ ata 0.001 g/cm³ (menor que a densidade do aire); ao mesmo tempo, ten unha estrutura porosa similar á dunha esponxa, con múltiples propiedades microscópicas (esqueleto a nanoescala), macroscópicas (materia condensada) e mesoscópicas (estrutura multinivel e fractal), o que fai que os aeroxeles posúan moitas propiedades únicas. Presentan unha condutividade térmica moi baixa, un módulo de elasticidade moi baixo, unha taxa de fonóns moi baixa, un índice de refracción moi baixo, unha constante dieléctrica baixa, unha velocidade do son moi baixa, unha superficie específica elevada, unha distribución de densidade e índice de refracción moi ampla, etc.

Clasificación dos aeroxeles
Existe unha ampla gama de aeroxeles, que abarcan case todos os sistemas de materiais. Xeralmente, segundo a composición química, pódense dividir en aeroxeles orgánicos, aeroxeles inorgánicos e aeroxeles compostos, etc. Os aeroxeles tamén se poden clasificar en silicio, carbono, xofre, óxido metálico e sistemas metálicos segundo os seus principais compoñentes.

O estado e o papel dos aeroxeles
Os científicos din que os aeroxeles cambiarán o mundo.

O aeroxel foi incluído na lista dos 10 temas máis candentes de ciencia e tecnoloxía no número 250 da revista estadounidense Science. O 20 de agosto de 2007, The Times informou de que o aeroxel é o sólido máis lixeiro do mundo, capaz de soportar a potencia explosiva de 1 kg de dinamita e protexerte da calor dun soplete por riba dos 1300 °C. Os científicos están a explorar o uso do aeroxel en todo tipo de materiais, desde traxes espaciais superillantes ata supercondensadores, catalizadores e a próxima xeración de raquetas de tenis. O aeroxel promete rivalizar con xeracións de materiais lendarios como a resina fenólica da década de 1930, a fibra de carbono da década de 1980 e a silicona da década de 1990.

O aeroxel foi incluído no Libro Guinness dos Récords Mundiais varias veces como o sólido máis lixeiro do mundo. Tamén ten unha condutividade térmica e un índice de refracción moi baixos e é 39 veces máis illante que as mellores fibras de vidro. O aeroxel utilizouse para illar termicamente a estación espacial rusa Mir e o rover estadounidense Mars Pathfinder, e xa desempeñou un papel vital na industria aeroespacial.

Historia do desenvolvemento do aeroxel
En 1931, Kistler preparou os primeiros aeroxeles na Universidade de Stanford, EUA.
En 1985, o Instituto de Física da Universidade de Würzburg (Alemaña) organizou o primeiro simposio sobre aeroxeles, coñecido como ISA.
En 1993, os aeroxeles utilízanse para illar traxes espaciais, naves espaciais e transbordadores espaciais.
En 2002, fundouse Aspen Aerogel, unha empresa da NASA, para desenvolver e producir aeroxeles.
En 2004, investigación sobre aeroxeles levada a cabo por institutos de investigación nacionais chineses.
En 2006, as empresas nacionais de aeroxeles en China comezaron a desenvolver aeroxeles.
2017, China promulgou o GB/T 34336-201, Produtos de illamento composto de aeroxel non poroso
En 2021, o Consello de Estado publicou o "Plan de acción para que o carbono alcance o seu pico en 2023" para acelerar a investigación e o desenvolvemento de fibra de carbono, aeroxel, aceiro especial e outros materiais básicos.

As propiedades clave dos aeroxeles
(1) Ultralixeiro. O aeroxel é o sólido menos denso do mundo, cunha densidade mínima dun sexto da masa do aire. O rango de variación da densidade é xeralmente de 0.001 a 1 g/cm³.

(2) Alta porosidade e alta superficie específica. A porosidade é do 80 % ao 99.9 %, a superficie específica é de 200 a 1000 m²/g e o tamaño típico dos poros é de 2 a 1 nm.

(3) Super illamento térmico. A delgada estrutura de nanorrede do aeroxel limita eficazmente a propagación da excitación térmica local e a súa condutividade térmica en estado sólido é de 2 a 3 ordes de magnitude inferior á do material vítreo correspondente.

O principio do illamento térmico de aeroxel
Transferencia térmica reducidaO número infinito de nanopartículas no aeroxel forma un esqueleto de malla e a calor só pode fluír ao longo dun número infinito de nanopartículas. O fluxo de calor só pode conducirse ao longo dun número infinito de nanopartículas, o que resulta nunha traxectoria case infinita de transferencia de calor no sólido. A transferencia de calor no sólido redúcese ao nivel máis baixo posible.

Inhibición da convección térmica : o tamaño medio dos poros dos aeroxeles é de 20-40 nm, que é menor que o rango libre medio das moléculas de gas de 69 nm, e as moléculas de gas nos poros perden a súa capacidade de moverse libremente, facendo que a convección sexa case imposible.

Radiación térmica reducida : as paredes dos poros formadas polas nanopartículas nos aeroxeles son escudos infravermellos, e o número infinito de escudos reduce en gran medida a radiación térmica.

(4) Catálise. O pequeno tamaño das partículas, a alta superficie específica e a baixa densidade do aeroxel fan que a actividade e a selectividade dos catalizadores de aeroxel sexan moito maiores que as dos catalizadores convencionais, e os compoñentes activos poden dispersarse de forma moi uniforme no soporte, e tamén teñen unha excelente estabilidade térmica, o que pode reducir eficazmente a aparición de reaccións secundarias.

(5) Illamento acústico. As propiedades de baixa velocidade do son dos aeroxeles convértenos nun material ideal para o retardo acústico ou o illamento acústico a altas temperaturas. O rango variable de impedancia acústica do aeroxel é amplo [103³ ~ 107 kg/(㎡-s)], o que o converte nun material de acoplamento de resistencia acústica máis ideal para detectores ultrasónicos. A resistencia acústica das cerámicas piezoeléctricas utilizadas para xeradores e detectores ultrasónicos é de 1.5 × 107 kg/(㎡-s), mentres que a resistencia acústica do aire é de só 400 kg/(㎡-s). O uso de aeroxel de silicio cun grosor de 1/4 de lonxitude de onda e unha densidade duns 0.3 g/cm³ como material de acoplamento de resistencia acústica entre a cerámica piezoeléctrica e o aire pode aumentar a intensidade do son en 30 dB, mellorar a eficiencia de transmisión das ondas acústicas e reducir a relación sinal-ruído nas aplicacións de dispositivos.

(6) Rendemento de filtración. Os aeroxeles nanoestruturados tamén se poden empregar como un novo tipo de material de filtración de gases altamente eficiente. Debido á súa superficie específica excepcionalmente grande, os aeroxeles son coñecidos polos científicos como "superesponxas" e son ideais para adsorber contaminantes na auga, succionar chumbo e mercurio da auga, o que os converte nun material excelente para facer fronte a desastres ecolóxicos.

(7) Propiedades ópticas. O aeroxel de SiO₂ puro é transparente e incoloro, e o seu índice de refracción (1.006~1.06) é moi próximo ao do aire, o que significa que o aeroxel de SiO₂ case non ten perda de reflexión na luz incidente e pode transmitir eficazmente a luz solar. Polo tanto, pódese usar para fabricar vidro illante e de redución de ruído.

Para obter máis información ou consultar a Ficha Técnica e a Ficha de Datos de Seguridade, póñase en contacto connosco por correo electrónico: [email protected] ou por teléfono: +86-28-8411-1861.

Algunhas imaxes e textos reprodúcense de Internet, e os dereitos de autor pertencen ao autor orixinal. Se hai algunha infracción, póñase en contacto connosco para eliminala.