Аерогел: Изванредан шарм магичног материјала
На 650 степени, пиштољ за распршивање пламена наставља да прска пламен, али не може да запали посебно обложену картонску шкољку; Само одвојена слојем филма, рука притиснута на врели сто довољно врућа да се „пече“, али осећа само мало топлине; Формира невидљиви „заштитни филм“ на руци који омогућава да вода „искочи“ у трену... Све је то као феномен „научне магије“, а све од новог материјала који држи више од десет Гинисових рекорда – аерогел.
Да бисмо вам дали интуитивнији осећај о чудима аерогела, хајде да урадимо неколико експеримената упоређивања. Прво, аерогел материјал исте дебљине и традиционални изолациони материјал (као што су камена вуна, силикат, итд.) се стављају у две идентичне високотемпературне коморе животне средине, чија је температура подешена на 650 степени. Промене температуре на спољашњој страни два материјала су праћене у реалном времену помоћу термовизира током истог периода од 1-сат. Видећете да спољна температура традиционалног материјала расте брзо, и не прође много времена пре него што дође до деформације, дима, итд., док се спољна температура аерогел материјала једва значајно мења и увек се одржава ниском. Ово у потпуности показује да аерогел далеко превазилази термоизолациона својства традиционалних материјала.
Погледајте контраст између аерогела и уобичајених чврстих супстанци (као што су метал, дрво, итд.). Ако одаберете комад метала исте запремине као аерогел изолациони покривач и измерите га одвојено, видећете да је тежина аерогела много лакша од тежине металног блока, што наглашава изузетно лагане карактеристике аерогела. Затим се истовремено стављају на грејну плочу постављену на 200 степени. Током процеса загревања, помоћу термометра измерите колико брзо расте температура на површини две супстанце, а резултати ће вас изненадити. Температура металне површине расте брзо, док температура површине аерогела расте веома споро, што показује одличну термоизолациону способност аерогела, у потпуном контрасту, тако да можете дубље осетити магију аерогела.
Држећи пиштољ за распршивање пламена на температури до 650 степени, циљајте у обичну картонску шкољку и за трен ће папирна шкољка изгорети, пламен ће се брзо ширити, а картонска шкољка ће се претворити у пепео за само око 20 секунди.
Међутим, када је картонска шкољка била премазана танким слојем провидне „магичне боје“ (тј. производа сродних аерогелу) и поново спаљена пламеним пиштољем од 650 степени, ситуација је била сасвим другачија. Овога пута картонска шкољка не само да се није запалила, већ се није видео готово никакав траг пламена, а на њеној површини је остао само слој белог зрнастог праха. Ако додирнете полеђину папира, уопште не можете да осетите топлоту. Према речима особља, у окружењу високе температуре од 650 степени, може издржати горење више од 3 сата без оштећења.
У овом експерименту, топлота пламена је покушала да нападне картонску шкољку, али је аерогел премаз деловао као неуништива баријера, немилосрдно задржавајући топлоту. Картонска шкољка може бити безбедно окружена пламеном, као магијом, што је живописна демонстрација невероватних термоизолационих својстава аерогела.
Друга "магија" има везе са водом. У једном резервоару, слој нетопивог "магијског праха" (честице аерогела) је чврсто суспендован изнад воде. Новинар је посегнуо кроз прах до дна и одмах осетио да је цела рука натопљена водом. Али када је извукао руку, са изненађењем је открио да у њој нема ни капи воде. Након тога, ова рука је много пута стављена у друге базене, или чак испрана директно водом, а читава рука је увек изгледала као да је умотана у невидљиву „заштитну фолију“ која је могла да „искочи“ сву воду.
Ово водоодбојно својство аерогела је због његових посебних својстава површине. Његова микроструктура отежава молекулима воде да се залепе за њега, и уместо тога формира капљице које се скидају, баш као ефекат самочишћења на површини лотосовог листа.
Можете ли да верујете да људска рука може да додирне предмет изнад 100 степени, а да се не опече?
Трећа "магија" се фокусира на "топлоту". На врелом столу који може да проври и испари хладна вода моментално, да се рашири слој „магијског филма“ (аерогел изолациони папир), репортер је нервозно притиснуо руку на њега, и зачудо, осетио само мало топлине.
Технологија: Истраживање и развој водећих светских метода припреме
Иза ових невероватних „магичних боја“, „магијског праха“ и друге „магије“, у ствари, стоје из својеврсне Гинисове књиге рекорда са више од 10, а часопис Сциенце хваљен као „магични материјал који може да промени свет“ – аерогел.
Нови инжењер за подршку индустрији материјала компаније Цоон рекао је новинарима да је аерогел тренутно најлакши чврсти материјал познат на свету, а такође је и најизврснији чврсти материјал на свету са топлотном изолацијом и перформансама заштите од пожара.
Шта чини аерогел тако невероватним? Инжењер је објаснио аналогијом "шећерне вате".
Инжењери су приметили да је однос између аерогела и песка (углавном силицијум диоксида) сличан односу између слеза и белог шећера. Његова топлотна изолација и својства успорења пламена су тако одлична због постојања бројних рупа на наноразмери у његовој молекуларној структури, са порозношћу већом од 95%. Ове наносмерне рупе су попут „лабиринта топлотне изолације“ у микроскопском свету, где се топлота непрестано рефлектује и распршује док путује, што отежава несметано провођење, тако да је топлотна проводљивост аерогела изузетно ниска и може да постигне ефекат топлотне изолације сличан оном у вакууму. „Рупе у белом слезу су видљиве голим оком, док су рупе у аерогелу наноразмера, 1,000 пута мање од пречника људске косе.“
Упркос одличним својствима, аерогеле је тешко набавити.
Традиционална припрема аерогела захтева методу "суперкритичне припреме за сушење", која се мора припремати неколико дана под високом температуром и притиском. Ово доводи до многих проблема као што су висока цена улазне опреме, сложен ток процеса, озбиљна емисија загађења, итд., због чега трошкови производње остају високи. Стога се аерогел производи углавном користе у кључним областима као што је ваздухопловство.
Имајући у виду ову ситуацију, тим за иновације на челу са Ксие Ии, академиком Кинеске академије наука и професором Универзитета науке и технологије Кине, након деценија непрекидних напора, самостално је развио водећу светску методу припреме аерогела - " метода сушења аерогела за заштиту животне средине атмосферским притиском“. Ова метода може у великој мери смањити трошкове припреме аерогела, лакше промовисати индустријализацију аерогел производа и учинити да заиста уђу у наш свакодневни живот.
Примена: Изградња "ватреног капута"
У области грађевинарства примена аерогела је постигла запажене резултате. На пример, у великој пословној згради, годишња потрошња енергије за хлађење и грејање је прилично велика када се не користи аерогел изолација, а трошкови електричне енергије чине значајан део оперативних трошкова. Након модификације аерогел изолационих материјала, кроз ригорозно праћење потрошње енергије и статистику, утврђено је да је годишња потрошња енергије у хлађењу и грејању значајно смањена, а одговарајућа потрошња електричне енергије такође значајно смањена.
Ниво потрошње енергије је знатно нижи него код сличних пословних зграда у близини које не користе аерогел изолацију, а уштеде енергије су очигледне.
Ово је углавном због одличних перформанси аерогелних грађевинских изолационих премаза. Потребан му је само танак премаз од 2 до 5 мм да би се постигао ефекат константне температуре од 40 до 60 мм обичног изолационог материјала, чиме се смањује потрошња енергије у просторији за више од 30%. Ова високоефикасна изолациона способност не само да штеди значајне оперативне трошкове за власнике зграда, већ и даје позитиван допринос смањењу укупне потрошње енергије у грађевинском сектору у контексту залагања целог друштва за очување енергије и смањење емисија.
Зхејианг Рунфев Нев Материал Цо., Лтд је одиграо незаменљиву улогу у овом процесу. Његови пажљиво развијени производи серије аерогелова настављају да убризгавају нову виталност у поље очувања енергије у зградама, помажу већем броју зграда да постигну високу ефикасност изолације и уштеде енергије и смањења потрошње, и чине да аерогел овај магични материјал има већу вредност у области грађевинарства.