آئروژل نسل جدید عایق‌های حرارتی با عملکرد بالا
دنیای امروز دنیای شگفت‌آوری است و هرروزه مواد جدید با ویژگی‌هایی منحصربه‌فرد شناخته و پا به عرصه‌ی صنعت می‌گذارند. آئروژل نیز از جمله موادی است که تحول بزرگی را در مواد عایق ایجاد کرده است. این ماده با عملکرد فوق‌العاده‌ی خود مورد توجه صنایع بی‌شماری قرار گرفته است. در ادامه با این ماده ی جادویی آشنا شوید.
آئروژل چیست؟
این کلمه در دهه‌های ۱۹۶۰ به مجموعه موادی اطلاق می‌شد که برای سفرهای و عملیات فضایی مورد استفاده قرار می‌گرفت. اما امروزه در صنعت‌های زیادی کاربرد دارد. این ماده یک ماده‌ی معدنی نیست بلکه ساختاری فوم مانند، متخلخل و جامد است. این مواد چگالی کمی دارند یعنی در حدود 0.0011تا 0.5 گرم در سانتی‌متر مکعب! این چگالی کمترین چگالی شناخته شده برای مواد جامدی است که تاکنون ساخته شده‌اند. در واقع این ماده چهارچوب خشک، متراکم و متخلخل یک ژل است. وزن آن سه برابر هوا است اما مقاومتی به‌اندازه فولاد دارد و قابلیت تحمل وزنی هزار برابر بیشتر از خودشان را دارند.
آئروژل ها در گروه مواد با تخلخل باز هستند یعنی گاز موجود در آن در جامد گیر نمی‌افتد و دارای منافذی در محدوده کمتر از یک تا ۱۰۰ نانومتر اند. متداول‌ترین نوع آئروژل، سیلیکا آئروژل است که از واکنش سلول به دست می‌آید. منافذ پر از مایع در آن با گاز جایگزین شده و منجر به ایجاد یک ماده جامد با چگالی بسیار کم می‌گردد که ویژگی‌های قابل‌توجهی دارند مانند آبگریز بودن.
انواع آئروژل
بخش عمده تحقیق درباره آئروژل های سیلیکونی انجام گرفته است اما آن ها را می‌توان از مواد مختلفی تهیه کرد مانند:
- سیلیس آب‌دوست (جذب‌کننده آب) و آبگریز (دفع‌کننده آب)
- اکسیدهای فلز واسطه، اکسیدهای لانتانیدها، اکسیدهای آکتانیدها
- پلیمیدها و پلی آمیدها
- کربن آمورف، کربن گرافیتی، نانولوله‌های کربن و گرافن
- کالکوژنیدهای فلزی
- کوانتوم دات‌ها
- کربیدها و فلزات
هرکدام از انواع مختلف آئروژل ها ویژگی‌های منحصربه‌فردی را فراهم می‌کنند که می‌تواند شامل هدایت الکتریکی (نوع کربنی و فلزی) ، بازگشت الاستیک شدید (تا 80٪) (نوع نانولوله و گرافن)، عملکردهای کاتالیزوری (انواع مختلف اکسید و فلز)، نور لومینسانس (نوع کوانتومی نقطه‌ای و کالکوژنید فلزی)، دفع آب و جذب روغن (سیلیس آبگریز و آئروژل های پلیمری آبگریز) و موارد دیگر باشد.
ویژگی‌های سیلیس آئروژل
هدایت حرارتی آئروژل های سیلیس از ابتدا تاکنون برای همیشه موضوع اصلی محققان بوده است. آئروژل ها را می‌توان به اشکال مختلف مطابق با کاربرد مورد نظرساخت مانند: یکپارچه، دانه، پودر و فیلم، . ناسا پیش از این از آئروژل های سیلیس یکپارچه برای عایق‌بندی حرارتی برای کاربردهای فضایی استفاده کرده است. رسانایی گرمایی گازی در آئروژل های سیلیس مستقیماً متناسب با فشار و اندازه منافذ و به‌طور غیرمستقیم متناسب با چگالی است. روش‌های معمول برای اندازه‌گیری رسانایی حرارتی آئروژل های سیلیس، پروب سیم گرم، آنالیز کننده‌های ثابت حرارتی دیسک گرم و متر شار حرارتی یا استفاده از دستگاه فلاش لیزر هستند. بااین‌حال، در این روش‌ها توزیع گرما در سراسر آئروژل موردمطالعه یکنواخت نیست.
شفافیت آئروژل ها ناشی از پراکندگی رالی است. زمانی که ناهمگنی در شبکه ژل جامد بسیار کمتر از طول‌موج نور مرئی باشد این نوع پراکندگی رخ می‌دهد. مقدار نور پراکنده‌شده از آئروژل به این ناهمگنی ساختاری بستگی دارد که به‌نوبه خود می‌توان در حین استخراج فوق بحرانی که تنظیمات فضایی شبکه ژل را ایجاد می‌کند، کنترل شود. در پراکندگی رایلی هرچه طول‌موج نور کوتاه‌تر باشد، پراکندگی بیشتر است. بنابراین وقتی این ماده در پس‌زمینه‌ای تیره قرار می‌گیرد، کمی مایل به آبی به نظر می‌رسد و هنگام قرار گرفتن در معرض محیط روشن، رنگ آن مایل به زرد است.
نوع سیلیس این ماده به دلیل اتصالات بین ذرات درون شبکه فراکتال مروارید مانند وشبیه گردنبند است. آن ها به شدت شکننده است و آن‌ها را برای کاربردهایی که نیاز به تحمل بار بالایی دارد مناسب نمی‌کند. تحقیقات زیادی برای ارزیابی و توصیف خصوصیات مکانیکی آن‌ها انجام شده است. روش‌های استاندارد برای توصیف رفتار مکانیکی آئروژل سیلیسی شامل روش‌های اولتراسونیک، خمش سه‌نقطه‌ای و فشرده‌سازی تک‌محوری است. میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) اکنون به دلیل توانایی اندازه‌گیری خاصیت ارتجاعی موضعی آئروژل ها فقط با یک نیروی بارگیری کوچک، معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند.
کاربردها
از مهم‌ترین کاربردهای این ماده عایق‌های حرارتی در لایه‌های میکرونی است که از صنایع هوافضا تا ساختمان کاربرد دارد. در صنعت ساختمان از این ماده برای عایق‌کاری دیوارهای داخلی، در و پنجره، نما و سقف استفاده میشود. از جمله مزیت‌هایی که استفاده از این ماده در صنعت ساختمان دارد عبارت است از: کاهش بار مرده بروی ساختمان، جلوگیری از اتلاف انرژی، مقاومت بالا در برابر نور خورشید، پوسیدگی و سوختگی و داشتن دو ویژگی هم‌زمان عایق صوت و حرارت!
در پایان
عایق‌های آئروژل گروه وسیعی از موادی هستند که قابلیت بالایی نسبت به دیگر عایق‌های حرارتی دارند. اگرچه این در سال‌های اخیر مطالعات زیادی بروی آن‌ها انجام شده است اما هنوز نیز بخش‌های ناشناخته‌ای در آن‌ها وجود دارد.
خریدوفروش عمده مواد فقط در سایت و اپلیکیشن تموک!
