Aerogel: Farmecul extraordinar al unui material magic
La 650 de grade, pistolul de pulverizare cu flacără continuă să pulverizeze flacără, dar nu poate aprinde o carcasă de carton acoperită special; Doar separat de un strat de film, mâna apăsată pe masa fierbinte suficient de fierbinte pentru a „coace”, dar poate simți doar puțină căldură; Formează pe mână o „peliculă protectoare” invizibilă care permite apei să „pop” într-o clipă... Toate acestea sunt ca un fenomen de „magie științifică”, totul dintr-un material nou care deține mai mult de o duzină de Guinness World Records - aerogel.
Pentru a vă oferi un simț mai intuitiv al minunățiilor aerogelului, să facem câteva experimente de comparație. În primul rând, materialul aerogel de aceeași grosime și materialul izolator tradițional (cum ar fi vata de stâncă, silicatul etc.) sunt plasate în două camere identice de mediu cu temperatură înaltă, a căror temperatură este setată la 650 de grade. Schimbările de temperatură la exteriorul celor două materiale au fost monitorizate în timp real cu ajutorul unei camere termice în aceeași perioadă de 1-oră. Veți vedea că temperatura exterioară a materialului tradițional crește rapid și nu trece mult până când există deformare, fum etc., în timp ce temperatura exterioară a materialului aerogel cu greu se schimbă semnificativ și este întotdeauna menținută la un nivel scăzut. Acest lucru arată pe deplin că aerogelul depășește cu mult proprietățile de izolare termică ale materialelor tradiționale.
Priviți contrastul dintre aerogel și substanțele solide comune (cum ar fi metalul, lemnul etc.). Daca alegi o bucata de metal cu acelasi volum ca patura izolatoare cu aerogel si o cantaresti separat, vei constata ca greutatea aerogelului este mult mai usoara decat cea a blocului metalic, ceea ce evidentiaza caracteristicile extrem de usoare ale aerogelului. Acestea sunt apoi plasate simultan pe o placă de încălzire setată la 200 de grade. În timpul procesului de încălzire, folosește un termometru pentru a măsura cât de repede crește temperatura la suprafața celor două substanțe, iar rezultatele te vor surprinde. Temperatura suprafeței metalice crește rapid, în timp ce temperatura suprafeței aerogelului crește foarte lent, ceea ce arată capacitatea excelentă de izolare termică a aerogelului, în contrast puternic, astfel încât să puteți simți mai profund magia aerogelului.
Ținând un pistol de pulverizare cu flacără la o temperatură de până la 650 de grade, vizați o înveliș de carton obișnuit și, într-o clipă, carcasa de hârtie va arde, flacăra se va răspândi rapid și carcasa de carton va fi redusă la cenuşă în doar aproximativ 20 de secunde.
Cu toate acestea, atunci când carcasa de carton a fost acoperită cu un strat subțire de „vopsea magică” transparentă (adică produse legate de aerogel) și ars din nou cu un pistol cu flacără de 650 de grade, situația a fost destul de diferită. De data aceasta, învelișul de carton nu numai că nu a fost aprins, dar aproape nicio urmă de ardere a flăcării nu a fost vizibilă, lăsând doar un strat de pulbere granulară albă pe suprafața sa. Dacă atingeți spatele hârtiei, nu puteți simți deloc căldura. Potrivit personalului, într-un mediu cu temperatură ridicată de 650 de grade, poate rezista la ardere mai mult de 3 ore fără a fi deteriorat.
În acest experiment, căldura flăcării a încercat să invadeze carcasa de carton, dar învelișul cu aerogel a acționat ca o barieră indestructibilă, ținând fără milă căldura. Carcasa de carton poate fi înconjurată în siguranță de flăcări, ca prin magie, ceea ce este o demonstrație vie a uimitoarelor proprietăți de izolare termică ale aerogelului.
A doua „magie” are legătură cu apa. Într-un rezervor, un strat de „pulbere magică” (particule de aerogel) care nu se topește este suspendat ferm deasupra apei. Reporterul a întins mâna prin pulbere până la fund și a simțit instantaneu că toată mâna era înmuiată cu apă. Dar când și-a scos mâna, a fost surprins să constate că nu era nici măcar o picătură de apă în ea. Ulterior, această mână a fost pusă de multe ori în alte bazine, sau chiar spălată direct cu apă, iar toată mâna părea mereu înfășurată într-o „peliculă de protecție” invizibilă care putea „stop” toată apa.
Această proprietate hidrofugă a aerogelului se datorează proprietăților sale speciale de suprafață. Microstructura sa face dificil ca moleculele de apă să se lipească de el și, în schimb, formează picături care se desprind, la fel ca efectul de auto-curățare de pe suprafața frunzei de lotus.
Îți vine să crezi că o mână umană poate atinge un obiect peste 100 de grade fără să se ardă?
A treia „magie” se concentrează pe „căldură”. Într-o masă fierbinte care poate face apa rece să fiarbă și să se vaporizeze instantaneu, întinde un strat de „film magic” (hârtie izolatoare cu aerogel), reporterul și-a apăsat nervos mâna pe ea și, în mod surprinzător, a simțit doar puțină căldură.
Tehnologie: cercetare și dezvoltare a metodelor de pregătire de vârf la nivel mondial
În spatele acestor uimitoare „vopsea magică”, „pulbere magică” și alte „magie”, de fapt, sunt dintr-un fel de Guinness World Records cu mai mult de 10, iar revista Science e lăudată drept „materialul magic care poate schimba lumea” - aerogel.
Un nou inginer de asistență al industriei materialelor Coon a declarat reporterilor că aerogelul este cel mai ușor material solid cunoscut în lume în prezent și este, de asemenea, cel mai excelent material solid din lume, cu izolație termică și performanță de protecție împotriva incendiilor.
Ce face aerogelul atât de uimitor? Inginerul a explicat cu analogia cu „vată de zahăr”.
Inginerii au observat că relația dintre aerogel și nisip (în principal silice) a fost similară cu relația dintre bezele și zahărul alb. Izolarea termică și proprietățile sale de ignifugare sunt atât de excelente datorită existenței a numeroase găuri la scară nanometrică în structura sa moleculară, cu o porozitate de peste 95%. Aceste găuri la scară nanometrică sunt ca un „labirint de izolare termică” în lumea microscopică, unde căldura este reflectată și împrăștiată în mod constant pe măsură ce se deplasează, ceea ce face dificilă conducerea fără probleme, astfel încât conductivitatea termică a aerogelului este extrem de scăzută și se poate atinge. un efect de izolare termică asemănător celui al vidului. „Găurile din marshmallow sunt vizibile cu ochiul liber, în timp ce găurile din aerogel sunt la scară nanometrică, de 1,000 ori mai mici decât diametrul unui păr uman.”
În ciuda proprietăților lor excelente, aerogelurile sunt dificil de obținut.
Pregătirea tradițională cu aerogel necesită o metodă de „pregătire cu uscare supercritică”, care trebuie pregătită timp de câteva zile la temperatură și presiune ridicată. Acest lucru duce la multe probleme, cum ar fi costul ridicat al intrării echipamentelor, fluxul complex al procesului, emisiile grave de poluare etc., ceea ce face ca costul de producție să rămână ridicat. Prin urmare, produsele cu aerogel sunt utilizate mai ales în domenii cheie, cum ar fi aerospațiale.
Având în vedere această situație, echipa de inovație condusă de Xie Yi, academician al Academiei Chineze de Științe și profesor al Universității de Știință și Tehnologie din China, după decenii de eforturi neîntrerupte, a dezvoltat independent cea mai importantă metodă de preparare a aerogelului din lume - " protecția mediului aerogel metoda de uscare la presiune atmosferică”. Această metodă poate reduce foarte mult costul de preparare al aerogelului, poate promova industrializarea produselor cu aerogel mai ușor și le poate face să intre cu adevărat în viața noastră de zi cu zi.
Aplicație: Construirea unei „mantene de foc”
În domeniul construcțiilor, aplicarea aerogelului a obținut rezultate remarcabile. De exemplu, într-o clădire comercială mare, consumul anual de energie pentru răcire și încălzire este destul de mare atunci când izolarea cu aerogel nu este utilizată, iar cheltuielile cu electricitatea reprezintă o proporție semnificativă din costurile de operare. După modificarea materialelor de izolare cu aerogel, printr-o monitorizare riguroasă a consumului de energie și statistici, se constată că consumul anual de energie la răcire și încălzire este mult redus, iar cheltuielile corespunzătoare cu energie electrică sunt, de asemenea, reduse semnificativ.
Nivelul consumului de energie este semnificativ mai mic decât cel al clădirilor comerciale similare din vecinătate care nu folosesc izolație cu aerogel, iar economiile de energie sunt evidente.
Acest lucru se datorează în principal performanței excelente a straturilor de izolare a clădirilor cu aerogel. Are nevoie doar de un strat subțire de 2 până la 5 mm pentru a obține efectul de temperatură constantă al materialului izolator obișnuit de 40 până la 60 mm, reducând astfel consumul de energie al încăperii cu mai mult de 30%. Această capacitate de izolație extrem de eficientă nu numai că economisește costuri de operare considerabile pentru proprietarii de clădiri, dar aduce și o contribuție pozitivă la reducerea consumului total de energie în sectorul construcțiilor, în contextul susținerii întregii societăți pentru conservarea energiei și reducerea emisiilor.
Zhejiang Runfew New Material Co., Ltd a jucat un rol indispensabil în acest proces. Produsele sale dezvoltate cu atenție din seria aerogel continuă să injecteze o nouă vitalitate în domeniul conservării energiei clădirilor, ajută mai multe clădiri să obțină o izolație de înaltă eficiență și economisirea de energie și reducerea consumului și fac ca aerogelul ca acest material magic să aibă o valoare mai mare în domeniul construcțiilor.