AEROGEL

Aerojel

Vikipedi, özgür ansiklopedi

Bir elinde aerojel blok

Aerojel a, sentetik gözenekli ultra hafif malzemenin bir türetilen jel içinde, sıvı jel bileşen ile değiştirilmiştir gaz . [1] Sonuç, son derece düşük yoğunluklu [2] ve düşük ısıl iletkenliğe sahip bir katıdır . Takma adlar donmuş duman , [3] katı duman , katı hava , katı bulut , yarı saydam doğası nedeniyle mavi duman ve malzemede ışık yayılımı içerir . Kırılgan gibi geliyor genişletilmiş polistiren dokunuşa. Aerojeller çeşitli kimyasal bileşiklerden yapılabilir. [4]

Airgel, ilk olarak 1931’de Samuel Stephens Kistler tarafından yaratılmış , Charles öğrenmiş olan ve “jölelerdeki” sıvının büzülmesine neden olmadan gazla değiştirilebilen bir bahsin [5] sonucu ortaya çıkmıştır . [6] [7]

Aerojeller, bir jelin sıvı bileşeninin süperkritik kurutma yoluyla ekstrakte edilmesiyle üretilir . Bu, sıvının , geleneksel buharlaştırmada olduğu gibi, jeldeki katı matrisin kılcal etkiden çökmesine neden olmadan yavaşça kurumasını sağlar . İlk aerojeller silika jellerinden üretildi . Kistler’in daha sonraki çalışmaları alümina , krom ve kalay dioksite dayanan aerojelleri içeriyordu . Karbon aerojelleri ilk olarak 1980’lerin sonlarında geliştirildi. [8]

Aerojel, belirlenmiş kimyasal formülü olan tek bir malzeme değildir, bunun yerine terim, belirli bir geometrik yapıya sahip tüm materyalleri gruplamak için kullanılır. [9]

IUPAC tanımı

Aerojel : Jel , dağılmış fazın bir gaz olduğu mikro gözenekli bir katı maddeden oluştu. [10] [11]Not 1: Mikro gözenekli silika, mikro gözenekli cam ve zeolitler, aerojellerin yaygın örnekleridir.

Not 2: Tanım, düzeltmenin düzeltilmesiyle düzeltilmiştir. [12] Burada tanım, bir jelin yanlış tanımının tekrarlanması ve ardından yapının gözenekliliği hakkında açıklanamayan bir referanstır.

Aerojel ısı yalıtım örtüsü, nano silis aerojelinin öncü malzeme olarak benimsendiği özel tekniklerle yapılır. Yüksek sıcaklık uygulamaları için tasarlanmış (650C / 1150F’ye kadar), diğer yüksek sıcaklık yalıtım malzemelerinden iki ila sekiz kat daha fazla termal performansa sahip esnek bir kompozit örtüdür.

10 milimetreye kadar birçok kalınlıkta mevcuttur ve binalarda ve endüstriyel yalıtımlarda ısı yalıtımı olarak kullanılabilir. İş sahasında kolayca kesilebilen, yuvarlanabilen ve şekillendirilebilen ince bir ürün gerektiren uygulamalar için özellikle uygundur. Çünkü sıkıştırıldığında bile yüksek yalıtım performansı sunar.

Bir Aerogel yalıtım örtüsünün çalışma sıcaklığı aralığı – 200 ~ 6 5 0 C’dir.

Özellikleri ve avantajları:

1. Düşük termal iletkenlik ve düşük termal kapasite

2. Mükemmel hidrofobik özellikler

3. Mükemmel akustik gürültü azaltma

4. Çevre dostu ve toksik olmayan bir hammadde.

5. İyi esneklik, gerginlik ve sıkıştırılabilirlik.

6. Yüksek mukavemet ve düşük yoğunluklu

7. Uzun servis ömrü

Özellikler değiştir ]

Bir çiçek, bir Bunsen brülöründengelen bir alev üzerinde asılı duran bir aerojel parçanın üzerindedir . Aerojel mükemmel yalıtım özelliklerine sahiptir ve çiçek alevden korunur.

İsmine rağmen, aerojeller, fiziksel özelliklerinde bir jele benzemeyen katı, sert ve kuru malzemelerdir: isim , jellerden yapıldığı gerçeğinden gelir . Bir aerojel üzerinde yumuşakça bastırmak, tipik olarak küçük bir işaret bile bırakmaz; Sıkıca bastırmak kalıcı bir depresyon bırakacaktır. Oldukça sıkı bir şekilde bastırmak, seyrek yapı içinde felaketli bir bozulmaya neden olur ve bu da daha modern varyasyonların bundan muzdarip olmasa da, cam gibi parçalanmasına neden olur ( kırılganlık olarak bilinen bir özellik ). Parçalanmaya eğilimli olmasına rağmen, yapısal olarak çok güçlüdür. Etkileyici yük taşıma yetenekleri, ortalama büyüklükteki küreselparçacıkların bulunduğu dendritik mikro yapıya bağlıdır (2–5). nm ) birlikte kümeler halinde birleştirilir. Bu kümeler , 100 nm’nin altındaki gözeneklerle, neredeyse fraktal zincirlerin üç boyutlu oldukça gözenekli bir yapısını oluşturur . Gözeneklerin ortalama büyüklüğü ve yoğunluğu, imalat işlemi sırasında kontrol edilebilir.

Aerojel% 99.8 hava olan bir malzemedir. Aerojeller, hava cepleri içeren gözenekli bir katı ağa sahiptir, hava cepleri malzemenin içindeki büyük çoğunluğa sahiptir. [13]Katı malzeme eksikliği, aerojelin neredeyse ağırlıksız olmasına izin verir.

Aerojeller iyi ısı yalıtkanlarıdır, çünkü ısı aktarımı – iletiminin (çoğunlukla yalıtkan gazdan oluşurlar) ve konveksiyonun (mikroyapı net gaz hareketini önler) üç yöntemini neredeyse tamamen ortadan kaldırırlar . Bunlar iyi iletken izolatörlerdir, çünkü çok zayıf ısı iletkenleri olan neredeyse tamamen gazlardan oluşurlar. (Silis aerojel özellikle iyi bir izolatördür, çünkü silika aynı zamanda sıcağın zayıf bir iletkenidir; diğer taraftan metalik veya karbon aerojel daha az etkili olacaktır.) Bunlar iyi bir konvektif inhibitörlerdir, çünkü hava kafesin içinde dolaşamaz. Aerojeller zayıf radyatiftir İzolatörler kızıl ötesi radyasyon (ısıyı transfer eder) içinden geçer.

Higroskopik doğası nedeniyle , aerojel kuru hisseder ve güçlü bir kurutucu gibi davranır . Uzun süre aerojel kullanan insanlar, ciltlerinde kuru kırılgan lekelerin ortaya çıkmasını önlemek için eldiven giymelidir.

Bu var hafif renk nedeniyle Rayleigh saçılımı daha kısa dalga boyları arasında görünür ışık nano-boyutlu dendritik yapı ile. Bu, koyu arka planlara karşı dumanlı mavi görünmesine ve parlak arka planlara karşı sararmasına neden olur.

Aerojellerin kendileri hidrofiliktir , ancak kimyasal işlem onları hidrofobik hale getirebilir . Nemi emerlerse, genellikle büzülme gibi yapısal bir değişim geçirirler ve kötüleşir, ancak hidrofobik hale getirilerek bozulma önlenebilir. Hidrofobik iç mekanlara sahip aerojeller, bir çatlak yüzeye nüfuz etse bile, sadece bir dış hidrofobik katmanla aerojellerden daha az bozulmaya duyarlıdır.

Knudsen etkisi değiştir ]

Aerojeller, içerdikleri gazınkinden daha küçük bir termal iletkenliğe sahip olabilir . Bu, Knudsen etkisinden kaynaklanmaktadır , gazın içerdiği boşluğun boyutu, ortalama serbest yola benzer olduğunda, gazlarda ısıl iletkenliğin azalmasıdır . Etkili olarak, kavite gaz partiküllerinin hareketini kısıtlayarak konveksiyonun ortadan kaldırılmasına ek olarak termal iletkenliği azaltır. Örneğin, havanın ısıl iletkenliği, STP’de ve büyük bir kapta yaklaşık 25 mW / m · K’dir, fakat 30 nanometrelik bir gözenekte yaklaşık 5 mW / mK’ye düşer. [14]

Yapı değiştir ]

Aerojel yapısı, bir monomer (basit moleküller) ile diğer monomerlerle tepkimeye girdiğinde, aralarında sıvı çözelti birikintileri olan bağlanmış, çapraz bağlanmış makromoleküllerden oluşan bir sol veya bir madde oluşturacak olan bir sol-jel polimerizasyonundan kaynaklanır . Malzeme kritik bir şekilde ısıtıldığında, sıvı buharlaşır ve bağlanmış, çapraz bağlanmış makromolekül çerçevesi geride kalır. Polimerizasyon ve kritik ısınmanın sonucu, aerojel olarak sınıflandırılan gözenekli güçlü bir yapıya sahip bir malzemenin oluşturulmasıdır. [15]Sentezdeki varyasyonlar, aerojelin yüzey alanını ve gözenek boyutunu değiştirebilir. Gözenek büyüklüğü ne kadar küçükse, aerojel kırılmaya daha duyarlıdır. [16]

Su Yalıtım değiştir ]

Aerojel, çapı 2-5 nm olan parçacıklar içerir. Aerojel oluşturma işleminden sonra, yüzeyde büyük miktarda hidroksil grubu içerecektir. Hidroksil grupları , su içine yerleştirerek, sağlam bir reaksiyona neden olabilir. Aerojel suda felaketle çözülür. Hidrofilik aerojelin su geçirmezliğinin bir yolu , aerojel gruplarını (-OH) polar olmayan gruplarla (–OR) değiştirecek olan bazı kimyasal bazlarla aerojelin ıslatılmasıdır; bu, R , bir alifatik grup olduğunda en etkili olan bir işlemdir . [17]

Aerojenin gözenekliliği değiştir ]

Aerojelin gözenekliliğini belirlemenin birkaç yolu vardır: üç ana yöntem, gaz adsorpsiyonu , cıva gözenekliliği ve saçılma metodudur. Gaz adsorpsiyonunda, kaynama noktasında nitrojen, aerojel numunesine adsorbe edilir. Emilen gaz, numune içindeki gözeneklerin büyüklüğüne ve doymuş basıncına göre gazın kısmi basıncına bağlıdır . Emilen gazın hacmi , numunenin spesifik yüzey alanınıveren Brunauer, Emmit ve Teller formülü ( BET ) kullanılarak ölçülür . Adsorpsiyon / desorpsiyonda yüksek kısmi basınçta Kelvin denklemi numunenin gözenek boyutu dağılımını verir. Merkürde porosimetride civaGözeneklerin büyüklüğünü belirlemek için aerojel gözenekli sisteme zorlanır, ancak bu yöntem, aerojelin katı çerçevesi yüksek sıkıştırma kuvvetinden çökeceğinden dolayı oldukça verimsizdir. Saçılma metodu, aerojel numunesi içindeki radyasyonun açıya bağlı sapmasını içerir. Numune katı parçacıklar veya gözenekler olabilir. Radyasyon malzemeye girer ve aerojel gözenek ağının fraktal geometrisini belirler. Kullanılacak en iyi radyasyon dalga boyları X-ışınları ve nötronlardır. Aerojel ayrıca açık gözenekli bir ağdır: açık gözenekli ağ ile kapalı gözenekli ağ arasındaki fark, açık ağda gazların herhangi bir sınırlama olmaksızın içeri girip çıkabilmesidir, kapalı gözenekli bir ağ ise malzemenin içindeki gazları yakalar. Gözeneklerin içinde kalmaları için. [18] Silika aerojellerinin yüksek gözeneklilik ve yüzey alanı, çeşitli çevresel filtrasyon uygulamalarında kullanılmalarına izin verir.

Malzemeler değiştir ]

2.5 kg’lık bir tuğla , 2 g’lık bir kütleye sahip bir aerojel parçası tarafından desteklenir.

Silika değiştir ]

Silika aerojel en yaygın aerojel tipidir ve en yaygın olarak çalışılmış ve kullanılmıştır. Bu ise , silika tabanlı ve elde edilebilir , silika jel ya da modifiye edilmiş bir ile Stober işlemi . Düşük yoğunluklu silika nanofoam 1000 g / m ağırlığında 3 , [19] 1.900 g / m kayıt aerojelin tahliye versiyonu 3 . [20] yoğunluğu hava 1.200 g / m 3 (20 ° C de ve 1 atm). [21] 2013 itibarıyla , aerographene 0160 g / m bir alt yoğunluğu 3 ya da% 13, oda sıcaklığında hava yoğunluğu. [22]

Silika, hacmin sadece% 3’ünü oluşturan üç boyutlu, iç içe kümeler halinde katılaşır. Katı madde ile iletim bu nedenle çok düşüktür. Hacmin kalan% 97’si son derece küçük nanoporeslerde havadan oluşur. Havanın hareket etmesi, konveksiyon ve gaz fazı iletimini engellemesi için çok az yer vardır. [23]

Silika aerojelleri ayrıca ~% 99’luk yüksek bir optik transmisyona ve ~ 1.05’lik düşük bir kırılma indisine sahiptir. [24]

Oldukça düşük bir termal iletkenliğe sahip, kayda değer termal yalıtkan özelliklere sahiptir : atmosferik basınçta 0.03  W / (m. K ) [25] , 0,004 W / (m · K) [19]değerinde, mütevazı vakumda, R’ye karşılık gelir. -değerleri (89 mm) kalınlıkta 14 3.5 için 22.2 (metrik) ila (ABD bilinen) 105 veya 3.0. Karşılaştırma için, tipik duvar yalıtımı aynı kalınlık için 13 (ABD geleneksel) veya 2.7 (metrik) ‘dir. Bu , erime noktası 1,473 K (2.192 ° F 1200 ° C).

2011 yılına kadar, silis aerojeni, Guinness World Records’ta , en iyi izolatör ve en düşük yoğunluklu katı madde dahil olmak üzere, malzeme özellikleri için 15 girdi tutmuştur ; ancak bu, 2012 yılında daha hafif olan aerografit aerografitiyle (26) ve daha sonra 2013 yılında aerografen ile devredilmiştir . [27] [28]

Karbon değiştir ]

Karbon aerojelleri, birlikte kovalent olarak bağlanmış , nanometre aralığında boyutlara sahip parçacıklardan oluşur . Çok yüksek olan gözeneklilik ve 400-1,000 metre arasında değişen yüzey alanlarına (gözenek çapı 100 nm altında olan, 50%) 2 / g. Bunlar genellikle kompozit kağıt olarak üretilir: karbon fiberden yapılmış, resorsinol – formaldehit aerojel ile emprenye edilmiş ve pirolize edilmiş, dokunmamış kağıt . Yoğunluğa bağlı olarak, karbon aerojelleri elektriksel olarak iletken olabilir ve kondansatörlerdeki elektrotlar için kompozit aerojel kağıtları faydalı hale getirirveya deiyonizasyon elektrotları. Nedeniyle son derece yüksek bir yüzey alanına, karbon aerojeller oluşturmak için kullanılan süperkapasitörlerin değerleri kadar binlerce arasında değişen, farad 104 K / g kapasite yoğunluğu ve 77 K / sm göre 3 . Karbon aerojelleri ayrıca, kızılötesi spektrumda son derece “siyah” olup, 250 nm ile 14.3 µm arasındaki radyasyonun sadece% 0.3’ünü yansıtır, bu da onları güneş enerjisitoplayıcıları için verimli kılar.

Belirli kimyasal buhar biriktirme teknikleriyle üretilen havadaki karbon nanotüp kütlelerini tanımlamak için “aerojel” terimi yanlıştır. Bu tür malzemeler, Kevlar’dan daha büyük mukavemete sahip lifler ve benzersiz elektriksel özellikler haline getirilebilir . Ancak bu malzemeler aerojel değildir, çünkü monolitik bir iç yapıya sahip değildir ve aerojellerin normal gözenekli yapısına sahip değildirler.

Metal oksit değiştir ]

Metal oksit aerojelleri, çeşitli kimyasal reaksiyonlarda / dönüşümlerde veya diğer malzemeler için öncü olarak katalizörler olarak kullanılır.

Alüminyum oksit ile yapılan aerojeller alümina aerojelleri olarak bilinir. Bu aerojeller, özellikle alüminyumdan başka bir metal ile “katkılı” olduğunda katalizörler olarak kullanılır. Nikel -alümina aerojel en yaygın kombinasyondur. Alümina aerojelleri ayrıca, NASA tarafından hiper hızda parçacıkların yakalanması için dikkate alınmaktadır ; ile karıştırılmış bir formülasyon gadolinyum ve terbiyum olabilir floresan darbe enerjisine bağlıdır floresan miktarı ile birlikte, parçacık darbe yerinde.

Silika aerojelleri ve metal oksit aerojelleri arasındaki en belirgin farklardan biri, metal oksit aerojellerinin genellikle renkli bir şekilde renklendirilmesidir.

Aerojel Renk
Silika , alümina , titanya , zirkonya Rayleigh saçılma mavi veya beyaz ile temizleyin
Demir oksit Pas kırmızı veya sarı, opak
Chromia Derin yeşil veya koyu mavi, opak
vanadya Zeytin yeşili, opak
Neodimyum oksit Mor, şeffaf
Samiriye Sarı, şeffaf
Holmia , Erbiya Pembe, şeffaf

[29]

Diğer değiştir ]

Organik polimerler aerojelleri oluşturmak için kullanılabilir. SEAgel yapılmıştır agar . Esnek bir aerojel oluşturmak için bitkilerden selüloz kullanılabilir. [30]

Chalcogel kükürt, selenyum ve diğer elementler gibi chalcogens (oksijenden başlayarak periyodik tablodaki elementler kolonundan) oluşan bir aerojeldir . [31] Platinten daha ucuz olan metaller, yaratılmasında kullanılmıştır.

Yarı iletken endüstrisinde kullanılmak üzere, gözenekli bir 3-D ağında kadmiyum selenit kuantum noktalarından oluşan aerojeller geliştirilmiştir. [32]

Aerojel performansı, katkı maddeleri , takviye yapıları ve hibritleşen bileşiklerin eklenmesiyle spesifik bir uygulama için arttırılabilir . Aspen Aerogels, bir çeşit lifli vuruşla aerojel kompozit olan Spaceloft [33]gibi ürünler üretmektedir . [34]

Uygulamalar değiştir ]

Stardust aerojel blokları ile toz toplayıcı. (NASA)

Aerojeller çeşitli uygulamalar için kullanılır:

  • 2004 yılında, yaklaşık 25 milyon ABD doları tutarında aerojel yalıtım ürünü satıldı ve bu rakam 2013 yılına kadar yaklaşık 500 milyon ABD dolarına yükseldi. Bu, bugün bu malzemelerin en önemli ekonomik etkisini temsil ediyor. Bina ve inşaat sektörünün yanı sıra endüstriyel yalıtımdaki airgel çözümleri ile konvansiyonel yalıtımın yerini değiştirme potansiyeli oldukça önemlidir. [35]
  • Granül formunda ekleme yalıtım için tepe . Georgia Institute of Technology’nin 2007’deki Solar Decathlon House projesi, yarı saydam çatıda bir aerojel olarak bir aerojel kullanmıştır. [36]
  • Dökülmeleri temizlemek için kimyasal bir adsorbe . [37]
  • Bir katalizör veya bir katalizör taşıyıcı.
  • Silika aerojelleri görüntüleme aygıtlarında, optiklerde ve ışık kılavuzlarında kullanılabilir. [38]
  • Ağır metallerin giderilmesinde kullanılmak üzere yüksek yüzey alanı ve gözenekliliğinden dolayı filtrasyon için bir malzeme.
  • Bazı boya ve kozmetiklerde koyulaşan ajanlar .
  • Enerji emicilerindeki bileşenler olarak.
  • Ulusal Ateşleme Tesisi için lazer hedefleri .
  • Transdüserler, hoparlörler ve telemetreler için empedans eşleştiricilerinde kullanılan bir materyal. [39]
  • Aerojel ‘battaniyeler’ ticari üretimi, 2000 yılında, kırılgan aerojeni dayanıklı, esnek bir malzemeye dönüştüren silika aerojel ve lifli takviyeyi birleştirerek başladı. Ürünün mekanik ve termal özellikleri , kompozit içerisine dahil edilen takviye liflerinin, aerojel matrisinin ve opaklaştırma katkılarının seçimine bağlı olarak değişebilir .
  • NASA , Stardust uzay aracında uzay toz parçacıklarını yakalamak için bir aerojel kullanmıştır . Parçacıklar katı maddelerle çarparak buharlaşırlar ve gazlardan geçerler, ancak aerojellerde tutulabilirler. NASA ayrıca için aerojeli kullanılan ısı yalıtım bölgesinin Robotu ve uzay giysileri . [40] [41]
  • ABD Deniz Kuvvetleri aerojel iç çamaşırları dalgıçlar için pasif termal koruma değerlendirmek. [42]
  • Içinde partikül fizik radyatörler Cherenkov etkisi gibi kullanılan Belle detektörün ACC sistemi gibi dedektörleri, Belle deney de KEKB . Aerojellerin uygunluğu, düşük refraksiyon indeksi ile belirlenir , gazlar ve sıvılar arasındaki boşluğun doldurulması ve bunların saydamlık ve katı halleri sayesinde, kriyojenik sıvılar veya sıkıştırılmış gazlardan daha kolay kullanılır . Düşük kütleleri de uzay görevlerinde avantajlıdır.
  • Resorcinol – formaldehit aerojelleri ( fenol formaldehit reçinelerine kimyasal olarak benzeyen polimerler ) karbon aerojellerin üretimi için öncü olarak veya geniş bir yüzeye sahip bir organik yalıtkan istendiğinde kullanılır. Bunlar, 600 m yaklaşık yüzey alanına sahip, yüksek yoğunluklu bir malzeme gelir 2 / g.
  • Hidrojel, bir geçiş metali iyonları içeren çözeltiyle emprenye ederek ve sonucu gama ışınları ile ışınlayarak metal-aerojel nanokompozitler , metalin nanopartiküllerini çökeltiyor. Bu tür kompozitler, katalizörler , sensörler, elektromanyetik koruyucu ve atık bertarafı olarak kullanılabilir. Platin-on-karbon katalizörlerinin prospektif kullanımı yakıt hücrelerinde bulunur .
  • Biyouyumluluğuna bağlı olarak bir ilaç dağıtım sistemi olarak . Nedeniyle yüksek yüzey alanı ve gözenekli yapıya, uyuşturucu süperkritik adsorbe edilebilir, CO
    2
     . İlaçların salım oranı, aerojelin özelliklerini değiştirerek uyarlanabilir. [43]
  • Karbon aerojelleri küçük elektrokimyasal çift katmanlı süperkapasitörlerin yapımında kullanılır . Aerojelin yüksek yüzey alanı nedeniyle, bu kapasitörler benzer şekilde nominal elektrolitik kapasitörlerin 1/2000 ila 1 / 5000’i arasında olabilir. [44] Aerojel süperkapasitörleri, normal süperkapasitörlere kıyasla çok düşük bir empedansa sahip olabilir ve çok yüksek pik akımlarını emebilir veya üretebilir. Halihazırda, bu tür kapasitörler polariteye duyarlıdır ve yaklaşık 2.75 V’den daha büyük bir çalışma voltajı elde etmek için seri olarak kablolanması gerekir  .
  • Dunlop Sport tenis, squash ve badminton için bazı raketlerinde aerojel kullanır.
  • Su arıtmada, chalkoli’ler ağır metal kirleticileri civa, kurşun ve kadmiyumun sudan emilmesinde umut vaat etmektedir. [45]
  • Aerojel, süper sıvı helyum-3’e bozukluğu tanıtabilir . [46]
  • Uçakları buzdan arındırırken, yeni bir teklif karbon nanotüp aerojelini kullanıyor. Bir ince kâğıt , bir A4 kağıdına eşdeğer, 10 mikron kalınlığında bir film oluşturmak için bir sarıcı üzerine eğrilir . Bir jumbo jetin kanatlarını örtmek için gerekli malzeme miktarı 80 gramdır (2.8 oz). Buzlanmanın oluşmasını önlemek için aerojel ısıtıcıları sürekli olarak düşük güçte bırakılabilir. [47]
  • Chevrolet Corvette (C7) ısı yalıtım iletim tüneli . [48]
  • CamelBak , termal spor şişesinde yalıtım olarak aerojel kullanır. [49]
  • 45 North, Sturmfist 5 bisiklet eldivenlerinde avuç içi yalıtımı olarak aerojel kullanıyor. [50]

Üretim değiştir ]

Silika aerojelleri tipik olarak bir sol-jel prosesi kullanılarak sentezlenir. İlk adım, bir “sol” olarak bilinen katı parçacıkların bir kolloidal süspansiyonununoluşturulmasıdır . Prekürsörler, tetrametoksisilan (TMOS), tetraetoksisilan (TEOS) ve polietoksidisiloksan (PEDS) gibi bir silikon alkoksit ile karıştırılmış etanol gibi bir sıvı alkoldür (daha önceki çalışmalarda kullanılan sodyum silikatlar). [51] Silika çözeltisi bir katalizör ile karıştırılır ve silikon dioksit taneciklerini oluşturan bir hidroliz reaksiyonu sırasında jelleşmeye bırakılır . [52] Oksit süspansiyonu yoğunlaşma reaksiyonlarına girmeye başlar.Bu , dağılmış kolloidal parçacıkları bağlayan metal oksit köprülerinin ( M-O-M, “okso” köprüler ya da M-OH-M, ” ol ” köprüleri) oluşturulmasına neden olur. [53] Bu tepkimeler genel olarak orta derecede yavaş reaksiyon bilgisi, ve bunun bir sonucu olarak, asidik ya da bazik ya da katalizörler, işlem hızının geliştirilmesi için kullanılır. Bazik katalizörler daha saydam aerojeller üretme ve kurutma işlemi sırasında büzülmeyi en aza indirme ve ayrıca kurutma sırasında gözenek çökmesini önlemek için güçlendirir. [52]

Son olarak, aerojelin kurutma işlemi sırasında silika ağını çevreleyen sıvı dikkatli bir şekilde çıkarılır ve aerojel bozulmadan tutulurken hava ile değiştirilir. Sıvının doğal bir hızda buharlaşmasına izin verilen jeller, kserojeller olarak bilinir . Sıvı buharlaştıkça, sıvı-katı arayüzlerin yüzey gerilimlerinin neden olduğu kuvvetler kırılgan jel ağını yok etmek için yeterlidir. Sonuç olarak, kserojeller yüksek gözeneklilikleri elde edemez ve bunun yerine daha düşük gözenekliliklerde zirveye ulaşamazlar ve kuruduktan sonra büyük miktarlarda büzülme sergilerler. [54]

1931 yılında, ilk aerojelleri geliştirmek için Kistler süper kritik kurutucu olarak bilinen ve doğrudan faz değişimini engelleyen bir süreç kullandı . Sıcaklığı ve basıncı arttırarak, sıvıyı süperkritik bir sıvı haline getirdi ve basıncı düşürerek hassas bir şekilde üç boyutlu ağın hasar görmesini engellemek için anında gazlaşıp sıvıyıçıkardı . Bu etanol ile yapılabilir , yüksek sıcaklıklar ve basınçlar tehlikeli işleme koşullarına yol açar. Daha güvenli, daha düşük sıcaklık ve basınç yöntemi, bir çözücü değişimini içerir. Bu genellikle bir başlangıç sulu gözenek sıvı alışverişi yapılır CO 2 etanol ya da karışabilen sıvı asetonDaha sonra sıvı karbon dioksite ve ardından karbondioksiti kritik noktasınınüstüne getirin . Bu prosesin bir varyantı, süperkritik karbon dioksitin aerojel içeren basınçlı kap içine doğrudan enjeksiyonunu içerir. Her iki işlemin sonucu, jel yapısının, hacmi azaltacak veya kaybetmesine izin vermeden, karbon dioksit ile jelden gelen ilk sıvıyı değiştirir. [52]

Resorsinol – formaldehit aerojel (RF aerojel) silika aerojelinin üretimine benzer şekilde yapılır. Bir karbon aerojeli, bu resorsinol-formaldehit aerojelinden bir inert gaz atmosferinde piroliz ile , bir karbonmatrisi bırakılarak yapılabilir . Katı şekiller, tozlar veya kompozit kağıt olarak ticari olarak temin edilebilir. Katkı maddeleri, belirli uygulamaların kullanımı için aerojelin belirli özelliklerini geliştirmede başarılı olmuştur. Aerojel kompozitler çeşitli sürekli ve süreksiz takviyeler kullanılarak yapılmıştır . Fiberglas gibi liflerin yüksek görünüş oranı Aerojel kompozitleri önemli ölçüde geliştirilmiş mekanik özellikler ile güçlendirmek için kullanılmıştır.

Güvenlik değiştir ]

Silika bazlı aerojellerin kanserojen veya toksik olduğu bilinmemektedir . Bununla birlikte, gözler, deri, solunum sistemi ve sindirim sistemi için mekanik bir tahriş edicidir . Küçük silika parçacıkları inhale edildiğinde potansiyel olarak silikoza neden olabilir . Ayrıca cilt, göz ve mukoza zarlarının kuruluğunu da indükleyebilirler. Bu nedenle, aerojellerle çalışırken, solunum koruması, eldiven ve göz koruyucuları içeren koruyucu donanımların kullanılması tavsiye edilir. [55]

Ayrıca bakınız değiştir ]

Kaynaklar değiştir ]

  1. Zıpla“Sol, jel, ağ ve inorganik-organik hibrit malzemelerin yapısı ve işlenmesiyle ilgili terimlerin tanımları (IUPAC Önerileri 2007)” . Saf ve Uygulamalı Kimya . 79 (10): 1801-1829. 2007. doi : 10.1351 / goldbook.A00173 . ISBN  0-9678550-9-8 . 30 Kasım 2012 tarihinde orijinalden arşivlendi .
  2. Zıpla“Guinness Records, JPL’nin Airgel Dünyanın En Hafif Katı Adlarını” . NASA . Jet Tahrik Laboratuvarı. 7 Mayıs 2002. 25 Mayıs 2009 tarihinde orijinalden arşivlendi 25 Mayıs 2009’da alındı .
  3. Zıpla^ Taher, Abul (19 Ağustos 2007). “Bilim adamları, ‘dondurulmuş dumanı’ dünyayı değiştirecek bir malzeme olarak doluyorlar” . Haber Madde . Londra: Times Çevrimiçi. 12 Eylül 2007 tarihinde orijinalden arşivlendi 22 Ağustos 2007’de alındı .
  4. Zıpla^ Aegerter, MA; Leventis, N .; Koebel, MM (2011). Aerogels El Kitabı. Springer yayıncılığı. ISBN  978-1-4419-7477-8 .
  5. Zıpla^ Barron, Randall F .; Nellis, Gregory F. (2016). Kriyojenik Isı Transferi (2. baskı). CRC Basın . s. 41. ISBN  9781482227451 . 22 Kasım 2017 tarihinde orijinalden arşivlendi .
  6. Zıpla^ Kistler, SS (1931). “Tutarlı genişletilmiş aerojeller ve jöleler”. Doğa . 127 (3211): 741. Bibcode : 1931Natur.127..741K . doi : 10.1038 / 127741a0 .
  7. Zıpla^ Kistler, SS (1932). “Tutarlı Genişletilmiş-Aerojeller”. Fiziksel Kimya Dergisi . 36 (1): 52–64. doi : 10.1021 / j150331a003 .
  8. Zıpla^ Pekala, RW “Resorcinolün formaldehit ile polikondensasyonundan elde edilen organik aerojeller” . Malzeme Bilimi Dergisi . 24 (9): 3221 – 3227. Bibcode : 1989JMatS..24.3221P . doi : 10.1007 / BF01139044 . ISSN  0022-2461 .
  9. Zıpla^ Pekala RW (1989). “Resorcinolün formaldehit ile polikondensasyonundan organik aerojeller”. Malzeme Bilimi Dergisi24 (9): 3221 – 3227. Bibcode : 1989JMatS..24.3221P . doi : 10.1007 / BF01139044 .
  10. Zıpla^ RG Jones, J. Kahovec, R. Stepto, ES Wilks, M. Hess, T. Kitayama, WV Metanomski (2008). IUPAC. Polimer Terminoloji ve İsimlendirme Derlemesi, IUPAC Önerileri 2008 (“Mor Kitap”)(PDF) . RSC Yayıncılık, Cambridge, İngiltere.
  11. Zıpla“Polimerlerin terminolojisi ve dağınık sistemlerde polimerizasyon işlemleri (IUPAC Önerileri 2011)” (PDF) . Saf ve Uygulamalı Kimya . 83 (12): 2229-2259. 2011. doi : 10.1351 / PAC-REC-10-06-03 .
  12. Zıpla^ AD McNaught ve A. Wilkinson. (1997). IUPAC. Kimyasal Terminolojinin Özeti, 2. baskı (“Altın Kitap”) (XML on-line düzeltilmiş sürümü: ed.). Oxford: Blackwell Bilimsel Yayınları.
  13. Zıpla“Aerogel Nedir? Teori, Özellikler ve Uygulamalar” . azom.com. 12 Aralık 2013. 9 Aralık 2014 tarihinde orijinalden arşivlendi 5 Aralık 2014 tarihinde alındı .
  14. Zıpla^ Berge, Axel ve Johansson, Pär (2012) Yüksek Performanslı Isı Yalıtımı Literatür İncelemesi Arşivlenmiş 2014 21 KasımWayback Machine .. İnşaat ve Çevre Mühendisliği, Chalmers Teknoloji Üniversitesi, İsveç Bölümü
  15. Zıpla^ Aerojel Yapısı Arşivlenen de 25 Aralık 2014 Wayback Machine.. Str.llnl.gov. 31 Temmuz 2016 tarihinde alındı.
  16. Zıpla“Silis Arası” . Aerogel.org . Orijinalden 4 Nisan 2016 tarihinde arşivlendi .
  17. Zıpla^ Yüzey Kimyası: Silika Aerogels Arşivlenen de 1 Aralık 2014Wayback Machine .. Energy.lbl.gov. 31 Temmuz 2016 tarihinde alındı.
  18. Zıpla^ Gözenek Yapısı: Silika Aerogels Arşivlenen de 1 Aralık 2014Wayback Machine .. Energy.lbl.gov. 31 Temmuz 2016 tarihinde alındı.
  19. bYukarı Git: Aerogels Şartları . LLNL.gov
  20. Zıpla“Lab’ın aerojel dünya rekoru kırıyor” . LLNL Bilim ve Teknoloji İnceleme. Ekim 2003. 9 Ekim 2006 tarihinde orijinalden arşivlendi .
  21. Zıpla^ Damat, DE Atom Nükleer Özellikleri gelen KısaltılmışArşivlenmiş 27 Şubat 2008’de Wayback Makinası .. Parçacık Veri Grubu: 2007.
  22. Zıpla“Bir Zhejiang Üniversitesi Lab-Press Releases-Zhejiang Üniversitesi’nde Üretilen Ultra Hafif Aerojel” . Zju.edu.cn. 19 Mart 2013. 23 Mayıs 2013 tarihinde orijinalden arşivlendi 12 Haziran2013 alındı .
  23. Zıpla“Airgel Hakkında” . ASPEN AEROGELS, INC. 26 Mayıs 2014 tarihinde orijinalden arşivlendi 12 Mart 2014 tarihinde alındı .
  24. Zıpla^ Gurav, Jyoti L .; Jung, In-Keun; Park, Hyung-Ho; Kang, Eul Son; Nadargi, Digambar Y. (11 Ağustos 2010). “Silika Aerojel: Sentez ve Uygulamalar” . Nanomalzemeler Dergisi . 2010 : 1–11. doi : 10.1155 / 2010/409310 . ISSN  1687-4110 . 3 Mayıs 2016 tarihinde orijinalden arşivlendi .
  25. Zıpla^ “Termal iletkenlik” Lide, DR, ed. (2005). CRC El Kitabı Kimya ve Fizik (86. ed.). Boca Raton (FL): CRC Basın. ISBN  0-8493-0486-5 . Bölüm 12, s. 227
  26. Zıpla^ Mecklenburg, Matthias (Temmuz 2012). “Aerographite: Ultra Hafif, Esnek Nanowall, Üstün Mekanik Performansa Sahip Karbon Mikrotüp Malzemesi”. Gelişmiş Malzemeler . 24 (26): 3486-90. doi : 10.1002 / adma.201200491 . PMID  22688858 .
  27. Zıpla^ Whitwam, Ryan (26 Mart 2013). Grafen aerojel dünyanın en hafif malzemedir Arşivlenen de 27 Mart 2013 Wayback Machine .. gizmag.com
  28. Zıpla^ Hızlı, Darren (24 Mart 2013). Grafen aerojel dünyanın en hafif malzemesini taçlandırıyor Arşivlenmiş 25 Mart 2013 Wayback Machine’de .. gizmag.com
  29. Zıpla“Metal Oksit Aerojelleri” . Aerogel.org. 12 Ağustos 2013 tarihinde orijinalden arşivlendi 12 Haziran 2013 alındı .
  30. Zıpla^ Kobayashi, Yuri; Saito, Tsuguyuki; Isogai, Akira (2014). “Kuvvetli ve Şeffaf İzolatörler olarak Sıvı Kristalli Nanocellulose Türevlerinin 3D Sıralı Nanofiber İskeletleriyle Aerojel”. Angewandte Chemie Uluslararası Baskı . 53 (39): 10394–7. doi : 10.1002 / anie.201405123 . PMID  24985785 . Lay özeti – Royal Society of Society (11 Temmuz 2014).
  31. Zıpla^ Biello, David Ağır Metal Filtresi, Büyük ölçüde Havadan yapılmıştır.Wayback Machine’de 26 Şubat 2015’te arşivlendi . Scientific American , 26 Temmuz 2007. 2007-08-05 tarihinde alındı.
  32. Zıpla^ Yu, H; Bellair, R; Kannan, RM; Brock, SL (2008). “Yapı Blok Şeklini Değiştirerek Nano Yapılı CdSe Ağlarının Mühendislik Mukavemeti, Porozite ve Emisyon Yoğunluğu”. Amerikan Kimya Derneği Dergisi . 130 (15): 5054-5055. doi : 10.1021 / ja801212e . PMID  18335987 .
  33. Zıpla“Spaceloft 6250” (PDF) . Aspen Aerogels. 27 Nisan 2014 tarihinde orijinalden arşivlendi (PDF) 25 Nisan 2014 tarihindealındı .
  34. Zıpla“Güçlü ve Esnek Aerojeller” . Aerogel.org . 11 Ekim 2014 tarihinde orijinalden arşivlendi 17 Temmuz 2014 tarihinde alındı .
  35. Zıpla^ Koebel, Matthias; Rigacci, Arnaud; Achard, Patrick (2012). “Aerojene dayalı termal süperinsulasyon: genel bakış”. Sol-Gel Bilim ve Teknoloji Dergisi . 63 (3): 315 – 339. doi : 10.1007 / s10971-012-2792-9 .
  36. Zıpla^ Güneş Decathon 2007 . GATech.edu
  37. Zıpla^ Kaşık, Marianne English (25 Şubat 2014). ” ‘ Daha yeşil’ aerojel teknolojisi, yağ ve kimyasal temizleme için potansiyele sahiptir” . Wisconsin Üniversitesi Madison News . 28 Nisan 2015 tarihindeorijinalden arşivlendi 29 Nisan 2015’te alındı .
  38. Zıpla^ Gurav, Jyoti; Jung, In-Keun (30 Haziran 2010). “Silika Aerojel: Sentez ve Uygulamalar”. Nanomalzemeler Dergisi .
  39. Zıpla^ Hrubesh, Lawrence W. (1 Nisan 1998). “Aerogel uygulamaları” . Kristal Olmayan Katı Madde . 225 : 335-342. Bibcode : 1998JNCS..225..335H . doi : 10.1016 / S0022-3093 (98) 00135-5 .
  40. Zıpla^ “Aerojel” denilen yalıtım yoluyla ısı çıkışının önlenmesiArşivlenen Ekim 2007 13 Wayback Machine ., NASA CPL
  41. Zıpla^ Aşağı-Earth Uzay Malzemeleri Kullanımları Arşivlenen 30 Eylül 2007 Wayback Machine ., Uzay Corporation’a
  42. Zıpla^ Nuckols, ML; Chao JC; Swiergosz MJ (2005). “Sıvılar ve Superinsulation Aerojel Malzemeler Kullanılarak Bir Prototip Kompozit Soğuk Su Dalış Giysisinin İnsanlı Değerlendirmesi” . Amerika Birleşik Devletleri Donanması Deneysel Dalış BirimiTeknik Raporu . NEDU-05-02. 20 Ağustos 2008 tarihinde orijinalden arşivlendi 21 Nisan 2008’de alındı .
  43. Zıpla^ Smirnova I .; Suttiruengwong S .; Arlt W. (2004). “İlaç dağıtım sistemleri olarak hidrofilik ve hidrofobik silis aerojellerinin fizibilite çalışması”. Kristal Olmayan Katı Madde . 350 : 54-60. Bibcode : 2004JNCS..350 … 54S . doi : 10.1016 / j.jnoncrysol.2004.06.031 .
  44. Zıpla^ Juzkow, Marc (1 Şubat 2002). “Aerojel Kondansatörler Destek Darbe, Tutma ve Ana Güç Uygulamaları” . Güç Elektroniği Teknolojisi . 15 Mayıs 2007 tarihinde orijinalden arşivlendi .
  45. Zıpla^ Carmichael, Mary. Tuhaflık için Birincilik Ödülü: ‘Donmuş duman’ gibi tuhaf bir madde nehirleri temizleyebilir, cep telefonları ve güç uzaylarını çalıştırabilir. Wayback makinesinde 17 Ağustos 2007tarihinde arşivlendi . Newsweek International, 13 Ağustos 2007. 2007-08-05 tarihinde alındı.
  46. Zıpla^ Halperin, WP ve Sauls, Airgel’de JA Helyum-Üç . Arxiv.org (26 Ağustos 2004). 7 Kasım 2011 tarihinde alındı.
  47. Zıpla“Buz çözme uçakları: İsli gökyüzü” . Ekonomist. 26 Temmuz 2013. 30 Aralık 2013 tarihinde orijinalden arşivlendi 11 Aralık 2013 tarihinde alındı .
  48. Zıpla^ Katakis, Manoli. (Temmuz 2013 11) NASA Aerojel Malzeme Mevcut 2014 Corvette Stingray yılında Arşivlenen 22 Şubat 2014Wayback Machine .. GM Kurumu. 2016-07-31 tarihinde alındı.
  49. Zıpla^ Camelbak Podyum Buz İzoleli Şişe – İnceleme Arşivlenen de 3 Ekim 2014 Wayback Machine .. Pinkbike. 31 Temmuz 2016 tarihinde alındı.
  50. Zıpla^ Benzersiz Soğuk Hava Performans Arşivlenen de 10 Ocak 2016 Wayback Makinası .. 45NRTH. 31 Temmuz 2016 tarihinde alındı.
  51. Zıpla^ Dorcheh, Soleimani; Abbasi, M. (2008). “Silis Aerojel; Sentezi, Özellikleri ve Karakterizasyonu”. Malzeme İşleme Teknolojisi Dergisi . 199 : 10. doi : 10.1016 / j.jmatprotec.2007.10.060 .
  52. cYukarı Git: “Silis aerojellerinin yapılması” . Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı. 14 Mayıs 2009 tarihinde orijinalden arşivlendi .
  53. Zıpla^ Pierre, AC; Pajonk, GM (2002). “Aerojellerin Kimyası ve Uygulamaları”. Kimyasal Yorumlar . 102 (11): 4243-4265. doi : 10.1021 / cr0101306 . PMID  12428989 .
  54. Zıpla^ Fricke, Jochen; Emmerling, Andreas (1992). “AEROJELLER”. Amerikan Seramik Derneği Dergisi . 75 (8): 2027 – 2036. doi : 10.1111 / j.1151-2916.1992.tb04461.x .
  55. Zıpla^ Cryogel® 5201, 10201 Güvenlik Bilgi Formu Arşivlenen de 23 Aralık 2010 tarihinde Wayback Machine .. Aspen Aerogels. 13 Kasım 2007
daha fazla okuma

Dış bağlantılar değiştir ]