Утеплитель на основе аэрогеля может использоваться для теплоизоляции любого здания, строения и сооружения. Он тонкий, но невероятно прочный, водостойкий и экологически чистый.
Аэрогель — это инновационный наноматериал на основе диоксида кремния и замороженного дыма или воздуха. Даже по внешнему виду он напоминает ледяную дымку, так как имеет очень низкую плотность и полупрозрачность. Но при этом он достаточно прочный, термостойкий, не подвержен коррозии и гниению.
Важно! Материал был получен в лаборатории довольно давно, около 100 лет назад, и случайно, но практическое применение он нашел только в наше время.
Сейчас наноструктурированный аэрогель, благодаря своим уникальным свойствам и непревзойденным техническим параметрам, активно вытесняет старые теплоизоляционные материалы. Его особенности связаны с тем, как он был создан.
В специальной желатиновой массе, помещенной в автоклав, запускается процесс сверхкритической сушки под давлением и при высокой температуре. В результате в составе материала не остается жидкой фазы — все полностью переходит в газообразное состояние. В результате получается молекулярная решетка с порами около 2 микрон, где почти 99,8% иммобилизованного воздуха.
Там, где есть неподвижность газов, всегда отмечаются высокие теплоизоляционные свойства. Поры аэрогеля не позволяют молекулам воздуха свободно перемещаться, поэтому материал сильно сопротивляется теплопередаче.
Важно! Идеально подходит для утепления любой конструкции, так как радикально снижает теплопотери.
Аэрогель — Аэрогель — Википедия Примечание 1: микропористый диоксид кремния, микропористое стекло и цеолиты являются распространенными примерами аэрогелей. Примечание 2: исправлено исх.,
Содержание
Несмотря на название, аэрогели — это твердые, прочные и сухие материалы, которые по своим физическим свойствам не напоминают гель — название происходит от того, что они сделаны из гелей. Мягкое нажатие на аэрогель обычно не оставляет даже самых маленьких следов; более сильное нажатие вызовет постоянную депрессию. Чрезвычайно сильное давление вызовет катастрофическое разрушение разреженной структуры, в результате чего она расколется, как стекло (свойство, известное как хрупкость), хотя более современные варианты не затронуты. Хотя он склонен к поломке, он очень прочен в своей конструкции. Его впечатляющая несущая способность обусловлена дендритной микроструктурой, в которой сферические частицы среднего размера 2-5 нм собираются в кластеры. Эти кластеры образуют трехмерную пористую структуру высокого уровня, почти фрактальную цепочку, с порами чуть меньше 100 нм. Средний размер пор и плотность можно контролировать в процессе производства.
Аэрогель на 99,8% состоит из воздуха. Аэрогели имеют пористую твердую сетку, которая содержит воздушные карманы, причем воздушные карманы занимают большую часть пространства внутри материала. Отсутствие твердого материала позволяет аэрогелю быть практически невесомым.
Аэрогели являются хорошими теплоизоляционными материалами, поскольку они практически исключают два из трех методов передачи тепла: теплопроводность (в основном они изолируют газы) и конвекцию (микроструктура препятствует чистому течению газа). Это хорошие изоляторы, поскольку они почти полностью состоят из газов, которые плохо проводят тепло. (Аэрогель из диоксида кремния — особенно хороший изолятор, потому что диоксид кремния также плохо проводит тепло; с другой стороны, аэрогель из металла или углерода будет менее эффективным.) Они являются хорошими ингибиторами конвекции, потому что воздух не может циркулировать через решетку. У аэрогелей плохая радиационная изоляция, потому что через них проходит инфракрасное излучение (которое передает тепло).
Из-за своей гигроскопичности аэрогель выглядит сухим и действует как сильный осушитель. Людям, которые долго работают с аэрогелем, следует надевать перчатки, чтобы предотвратить появление сухих, ломких пятен на коже.
Слабый цвет, который он имеет, связан с рэлеевским рассеянием на более коротких длинах волн, чем видимый свет от дендритной структуры нанометрового размера. Это делает его дымчато-голубым на темном фоне и желтоватым на ярком фоне.
Сами аэрогели гидрофильны и, если они впитывают влагу, обычно претерпевают структурные изменения, такие как усадка и разрушение, но деградацию можно предотвратить, сделав их гидрофобными с помощью химической обработки. Аэрогели с гидрофобным внутренним слоем менее подвержены разрушению, чем аэрогели только с гидрофобным внешним слоем, даже если трещина проникает через поверхность.
Аэрогель Аэрогель представляет собой гелеобразный материал, в котором жидкий компонент заменен газом. Это твердое тело очень низкой плотности с несколькими примечательными свойствами, в том числе собственными
Альтернативы на биологической основе (биоаэрогели)
Самый известный аэрогель — это диоксид кремния, но исследователи стремятся производить аэрогели на биологической основе, возможно, более сильные, чем диоксид кремния.
- Seagel (o) — это материал, похожий на органический агар-агар, со вкусом и текстурой, напоминающими рисовые лепешки .
- Маэрогель изготавливается из основного риса (который в основном используется в рисовой промышленности) и снижает затраты по сравнению с другими методами. Этот процесс снижает затраты в шесть раз.
- Аэропектин получают из кожуры цитрусовых (2015 г.), но он слишком гигроскопичен для выделения,
- Аэрогель крахмала (на самом деле смесь амилозы и амилопектина), который может быть получен, например, из кукурузы, а еще лучше из гороха. Он также очень гигроскопичен, но, возможно, на него можно было бы нанести покрытие, чтобы сделать его более стабильным и гидрофобным. Он прочнее аэрогеля диоксида кремния, но имеет более низкую теплопроводность, но все же составляет около 0,021 Вт · м -1 · К -1 (0,025 для воздуха и около 0,035 Вт · м -1 · К -1 для минеральной ваты и полистирола.
Их термические характеристики могут быть улучшены в процессе производства: крахмал, растворенный в воде, перемешиваемый при определенном давлении и температуре и с механическим перемешиванием для измельчения и диспергирования бобов, затем охлаждается до 4 ° C (фаза «ретроградации» и образования геля перед заменой его на растворитель во время фазы сверхкритической сушки (ацетон может заменить этанол), затем растворитель удаляется и заменяется воздухом. Учебный центр Mines Paris-Tech Materials (Cemef) изучает этот материал.
Примечание 1: микропористый диоксид кремния, микропористое стекло и цеолиты являются распространенными примерами аэрогелей.
Структура
Структура аэрогеля является результатом золь-гель-полимеризации, когда мономеры (простые молекулы) реагируют с другими мономерами с образованием золя или вещества, состоящего из связанных и сшитых макромолекул с отложениями жидкого раствора между ними. Когда материал очень горячий, жидкость испаряется, а связанная и сшитая структура макромолекул остается. Результатом полимеризации и критического нагрева является создание материала с пористой и прочной структурой, классифицируемого как аэрогель. [14] Варианты синтеза могут изменить площадь поверхности и размер пор аэрогеля. Чем меньше размер пор, тем больше вероятность деградации аэрогеля. [15]
Примечание 1: микропористый диоксид кремния, микропористое стекло и цеолиты являются распространенными примерами аэрогелей.
Безопасность
Аэрогели кремнезема не канцерогены и не токсичны. Однако они являются механическим раздражителем для глаз, кожи, дыхательных путей и пищеварительной системы. Они также могут вызывать сухость кожи, глаз и слизистых оболочек. Поэтому рекомендуется надевать защитное снаряжение, включая средства защиты органов дыхания, перчатки и очки, при работе с чистыми аэрогелями, особенно когда может образовываться пыль или мелкий мусор. [56]
