Guangzhou, Guangdong, China.

[email protected]

+86 13539860818

Sepanduk kemudahan pembuatan aerogel Guangzhou Anchor Technology

Aerogel: Bagaimana Ia Terbentuk

Aerogel: Pengenalan dan Ciri-ciri

Aerogel dikenali sebagai bahan pepejal paling ringan di dunia, terdiri daripada 97% udara dan 3% struktur pepejal, dengan ketumpatan hanya 1.5 kali ganda ketumpatan udara. Selain sangat ringan, aerogel juga memiliki keupayaan penebat haba yang sangat baik, terutamanya disebabkan oleh “kesan Knudsen.” Oleh kerana aerogel sebahagian besarnya terdiri daripada silika dan udara, di mana kekonduksian terma silika adalah sederhana, dan udara mempunyai kekonduksian terma yang rendah.

bahan pepejal paling ringan di dunia
banyak liang berskala nano

Di samping itu, aerogel mempunyai banyak liang berskala nano yang menghalang penyebaran udara melalui bahan tersebut, sekali gus menyekat pemindahan haba secara konveksi.

rover Marikh

Disebabkan ketahanannya terhadap suhu tinggi, aerogel sering digunakan dalam persekitaran seperti rover Marikh untuk tujuan penebat.

Selain itu, sifat tahan air aerogel dicapai melalui pengubahsuaian, yang mengubah kumpulan -OH polar menjadi -OR bukan polar, menghasilkan aerogel yang hidrofobik.

Aerogel hidrofobik
Samuel Kistler, pencipta aerogel

Walaupun kelihatan seperti produk teknologi moden yang canggih, aerogel pertama kali dibangunkan pada tahun 1930-an oleh ahli kimia Samuel Kistler.

Kelahiran Aerogel Pertama

Bahan seperti gel adalah biasa, seperti gelatin yang kita makan, iaitu gabungan keadaan pepejal dan cecair. Samuel Kistler dan rakan sekerjanya Charles Learned membuat pertaruhan tentang sebab di sebalik gelatin membentuk gel. Charles percaya ia disebabkan oleh sifat cecairnya, manakala Samuel berhujah bahawa kuncinya adalah kehadiran struktur pepejal di dalam gel tersebut.

Untuk membuktikan pendiriannya, Samuel menjalankan eksperimen untuk menunjukkan kehadiran rangkaian pepejal berterusan dalam gel basah. Matlamatnya adalah untuk mengeluarkan cecair daripada gel sambil mengekalkan struktur pepejal, membuktikan bahawa gel dan kandungan cecairnya tidak berkaitan. Walau bagaimanapun, cabarannya ialah jika cecair dalam gel dibiarkan menyejat begitu sahaja, struktur pepejal akan mengecut akibat daya tarikan antara molekul, menyebabkan gel itu runtuh.

Samuel Kistler

Untuk mengatasi masalah ini, Samuel perlu menggantikan cecair dalam gel, dan satu-satunya pilihan yang sesuai ialah gas, kerana gel sudah mengandungi kedua-dua keadaan pepejal dan cecair. Namun begitu, gas biasa tidak dapat menggantikan cecair dalam gel. Samuel menggunakan pendekatan baharu: dengan memberi tekanan dan memanaskan gel, beliau menjadikan cecair itu melepasi titik kritikalnya, bertukar menjadi bendalir superkritikal (tanpa perbezaan antara cecair dan gas), sekali gus menghapuskan daya tarikan antara molekul.

Samuel memilih natrium silikat sebagai bahan mentah, dimangkinkan oleh asid hidroklorik untuk memudahkan hidrolisis. Air dan etanol bertindak sebagai pelarut dalam pertukaran tersebut, mengubahnya menjadi alkogel. Alkogel itu kemudiannya diletakkan dalam persekitaran bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi. Apabila etanol mencapai status bendalir superkritikal, tekanan pada gel dilepaskan. Dengan penurunan tekanan, molekul etanol dibebaskan sebagai gas. Setelah dikeluarkan daripada sumber haba dan disejukkan, etanol dalam gel menyejat, meninggalkan struktur pepejal yang dipenuhi gas – aerogel pertama.

Penyelidikan ini diterbitkan dalam jurnal Nature pada tahun 1931.

Penambahbaikan kepada Kaedah Penyediaan Aerogel

Silika aerogel

Tidak dinafikan bersifat revolusioner, penyelidikan Samuel menghadapi kebuntuan selama lebih 30 tahun disebabkan keadaan penyediaan yang mencabar dan memakan masa. Hanya pada tahun 1970, Universiti Lyon, yang mencari bahan berliang untuk menyimpan oksigen dan bahan api roket, mengkaji semula aerogel, menambah baik kaedah Samuel.

Kaedah baharu itu menggantikan natrium silikat dengan tetrametoksisilana (TMOS) dan etanol dengan formaldehid. Pengubahsuaian ini menghasilkan alkogel silika aerogel yang lebih berkualiti dan mengurangkan masa yang diperlukan untuk penyediaan dengan ketara. Penambahbaikan ini menandakan satu langkah besar ke hadapan dalam bidang sains aerogel.

Selepas penambahbaikan ini, lebih ramai penyelidik menyertai bidang aerogel.

Pada tahun 1983, Kumpulan Bahan Mikrostruktur di Berkeley Lab mendapati bahawa sebatian TMOS yang sangat toksik boleh digantikan dengan tetraetoksisilana (TEOS) yang lebih selamat. Mereka juga menemui bahawa, sebelum pengeringan superkritikal, CO2 cecair boleh menggantikan alkohol dalam gel tanpa merosakkan aerogel.

Ini merupakan kemajuan keselamatan yang besar, kerana CO2 tidak mempunyai bahaya letupan seperti alkohol. Apabila penyelidikan mengenai aerogel semakin mendalam, ahli fizik menyedari bahawa bahan berskala nano ini boleh digunakan untuk mengumpul zarah sinaran Cherenkov yang sukar ditangkap, kerana zarah tersebut sukar melepasi struktur kompleks aerogel, akhirnya terperangkap di dalamnya.

Selain pengumpulan zarah, silica aerogel yang disediakan oleh Jet Propulsion Laboratory NASA telah dihantar ke angkasa lepas dan ditugaskan untuk mengumpul zarah debu komet.

Karbon dioksida cecair

Memandangkan gambaran menyeluruh tentang ciri-ciri aerogel dan kaedah penyediaan yang sentiasa diperbaiki, jelaslah bahawa aerogel adalah bahan yang luar biasa. Walau bagaimanapun, walaupun mempunyai kelebihan, mengapakah ia belum digunakan secara meluas dalam kehidupan seharian?

Pertama, terdapat cabaran dalam pengeluaran, dan walaupun kaedah penyediaan telah diperbaiki berkali-kali, keadaan superkritikal yang kritikal masih menjadi halangan yang besar.

Kedua, pengeluaran industri aerogel menghadapi cabaran yang besar – aerogel sangat rapuh. Walaupun ia mempunyai keupayaan menanggung beban yang kuat, kekuatan teganganannya sangat rendah, menjadikannya mudah pecah dengan sedikit daya. Oleh itu, bahan tambahan biasanya diperlukan.

Produk Aerogel Berkaitan

Minta Sebut Harga untuk Produk Ini

Bagaimanakah Aerogel Dibuat?

Cara aerogel dibuat bergantung kepada menggantikan cecair dalam gel basah dengan gas tanpa meruntuhkan rangkaiannya. Pada masa lalu, ini menggunakan pengeringan superkritikal; kini pengeringan pada tekanan ambien dan substrat gentian fleksibel menjadikannya selimut penebat industri.