แอโรเจลคืออะไร
คำอธิบายแอโรเจล
แอโรเจลแตกต่างโดยพื้นฐานจากแนวคิดดั้งเดิมของ “เจล” เป็นวัสดุแข็งที่มีความหนาแน่น 3 kg/m³ เนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำมาก จึงเป็นที่รู้จักในชื่อ “ควันแช่แข็ง” หรือ “ควันสีน้ำเงิน” และได้รับบันทึกสถิติโลกกินเนสส์ในฐานะ “ของแข็งที่เบาที่สุด” ในปี 1931 เมื่อ S. Kistler ประสบความสำเร็จในการเตรียม SiO2 แอโรเจลด้วยวิธีการอบแห้งแบบวิกฤตยิ่งยวด เนื่องจากองค์ประกอบกว่า 80% เป็นอากาศ แอโรเจลจึงมีคุณสมบัติเป็นฉนวนกันความร้อนที่ดีเยี่ยม แอโรเจลหนาหนึ่งนิ้วเทียบเท่ากับฉนวนกันความร้อนของกระจกธรรมดา 20 ถึง 30 บาน แม้จะวางไว้ระหว่างดอกกุหลาบกับเปลวไฟ ดอกกุหลาบก็ยังคงไม่ได้รับอันตราย
การประยุกต์ใช้แอโรเจลในการสำรวจอวกาศ
แอโรเจลมีการประยุกต์ใช้อย่างหลากหลายในการสำรวจอวกาศ โดยเคยถูกใช้ในสถานีอวกาศ "เมียร์" ของรัสเซียและยานสำรวจ "มาร์ส พาธไฟน์เดอร์" ของสหรัฐอเมริกา ในการทดลองฟิสิกส์อนุภาค แอโรเจลทำหน้าที่เป็นตัวตรวจวัดปรากฏการณ์เชเรนคอฟ ตัวอย่างหนึ่งคือเครื่องนับเชเรนคอฟแบบแอโรเจล (ACC) ในตัวตรวจวัดการทดลอง Belle ที่โรงงานบีมีซอน ซึ่งใช้ประโยชน์จากดัชนีหักเหต่ำของแอโรเจลระหว่างของเหลวและก๊าซ ประกอบกับความโปร่งใสสูงและคุณสมบัติความเป็นของแข็ง จึงเหนือกว่าวิธีการแบบดั้งเดิมที่ใช้ของเหลวอุณหภูมิต่ำหรืออากาศความดันสูง คุณสมบัติที่น้ำหนักเบายังเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกด้วย
คุณสมบัติอันเป็นเอกลักษณ์ของแอโรเจล
แอโรเจลโดดเด่นในฐานะวัสดุที่มีรูพรุนพร้อมโครงสร้างระดับนาโน ซึ่งแตกต่างจากโครงสร้างรูพรุนในวัสดุแบบดั้งเดิมที่มีขนาดระดับไมโครและมิลลิเมตร โครงสร้างนาโนที่ถักทออย่างละเอียดส่งผลให้มีการนำความร้อนต่ำมากและมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่มหาศาล การกระเจิงแสงและเสียงของแอโรเจลน้อยกว่าวัสดุที่มีรูพรุนแบบดั้งเดิมอย่างมีนัยสำคัญ คุณสมบัติอันเป็นเอกลักษณ์เหล่านี้ไม่เพียงแต่จุดประกายความสนใจในการวิจัยพื้นฐานเท่านั้น แต่ยังมีศักยภาพในการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในหลากหลายสาขาอีกด้วย
การใช้งานผลิตภัณฑ์แอโรเจล
ผลิตภัณฑ์ปัจจุบัน:
- วัสดุแอโรเจล: คุณสมบัติเฉพาะตัวของแอโรเจลทำให้แอโรเจลมีความโดดเด่นในการเป็นฉนวนกันความร้อนและฉนวนกันเสียง การทำน้ำให้บริสุทธิ์ และการดูดซับก๊าซ
- วัสดุฉนวนคอมโพสิตนาโนแอโรเจล: นี่คือคำศัพท์รวมที่ครอบคลุมวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่มีประสิทธิภาพและอุณหภูมิคงที่ วัสดุเหล่านี้สามารถอยู่ในสถานะของแข็งหรือของเหลว ในการก่อสร้างทางอุตสาหกรรม การผสมแอโรเจลกับเสื่อไฟเบอร์กลาสและแปรรูปเป็นแผ่นแอโรเจลช่วยลดการนำความร้อนได้อย่างมีนัยสำคัญ ในการใช้งานภายในบ้าน การผสมแอโรเจลกับสิ่งทอช่วยเพิ่มฉนวนกันความร้อนให้ดียิ่งขึ้นไปอีก.
ผลิตภัณฑ์ในอนาคต – ในอนาคตอันใกล้นี้:
ก. การเคลือบกันกระสุน: การทดลองในห้องปฏิบัติการชี้ให้เห็นว่าการเคลือบแอโรเจลหนา 6 มม. ลงบนแผ่นโลหะทำให้แผ่นโลหะนั้นต้านทานการระเบิดโดยตรงได้
ข. การเคลือบดูดซับ: สารเคลือบที่ดูดซับคลื่นเรดาร์และให้ผลในการพรางตัว
ค. อุปกรณ์กักเก็บพลังงาน
ง. การวิจัยเลเซอร์กำลังสูงระดับไฮเทค
ในฐานะวัสดุที่เข้าสู่สาขาการบินและอวกาศเป็นกลุ่มแรก แอโรเจลมีคุณสมบัติอันน่าทึ่งมากมาย การคาดการณ์การใช้งานในอนาคตจำเป็นต้องอาศัยจินตนาการจากทั้งสังคมและภาคอุตสาหกรรม เพื่อผลักดันวัสดุใหม่นี้ให้ออกจากห้องปฏิบัติการและเกิดคุณค่าที่แท้จริงในทางปฏิบัติ
ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับพื้นที่การใช้งาน: ผลิตภัณฑ์แอโรเจลใช้ในงานใด
ภาคอุตสาหกรรม: วัสดุฉนวนคอมโพสิตแอโรเจลมีความจำเป็นสำหรับพื้นที่ที่ต้องการฉนวนท่อหรือฉนวนเตาเผาในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การกักเก็บพลังงานและปิโตรเคมี
ภาคการก่อสร้าง: การใช้งานครอบคลุมฉนวนกันความร้อนภายนอกและภายในอาคาร รวมถึงการใช้กระจกแอโรเจลในผนังม่านกระจก
ภาคการขนส่ง: วัสดุฉนวนคอมโพสิตนาโนพอร์แอโรเจลถูกนำไปใช้ในรถไฟความเร็วสูง เครื่องบิน C919 ที่ผลิตภายในประเทศ และยานยนต์พลังงานใหม่ โดยเน้นหลักที่ฉนวนกันความร้อนสำหรับการขนส่งและการปกป้องแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในยานยนต์พลังงานใหม่
ฉนวนกันความร้อนในครัวเรือนและโลจิสติกส์ห่วงโซ่ความเย็น: วัสดุฉนวนคอมโพสิตแอโรเจลชนิดรูพรุนระดับนาโนถูกนำมาใช้เป็นชั้นฉนวนแทนวัสดุแบบดั้งเดิม เพื่อเสริมประสิทธิภาพการเป็นฉนวนกันความร้อนและเพิ่มปริมาตรภายใน
อุปกรณ์เชิงหน้าที่: การใช้ชั้นแอโรเจลบางเฉียบในการผลิตเสื้อแจ็คเก็ตแอโรเจลและผลิตภัณฑ์กลางแจ้งให้ความอบอุ่นที่เหนือชั้น จึงได้ผลลัพธ์ที่เบากว่า บางกว่า และอบอุ่นกว่า
เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุฉนวนแบบดั้งเดิม ประสิทธิภาพการเป็นฉนวนกันความร้อนของวัสดุฉนวนคอมโพสิตแอโรเจลชนิดรูพรุนระดับนาโนสูงกว่า 3-5 เท่า ซึ่งหมายถึงประสิทธิภาพการประหยัดพลังงานที่ยอดเยี่ยม ความหนาของวัสดุที่ลดลง ต้นทุนโดยรวมที่ต่ำลง และคุณลักษณะโดยธรรมชาติของวัสดุที่เป็นสารอนินทรีย์ซึ่งปลอดภัย เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และไม่เป็นพิษ จึงช่วยให้มีอายุการใช้งานที่ยาวนาน
ซิลิกาแอโรเจลคืออะไร
ซิลิกาแอโรเจลเป็นรูปแบบเชิงพาณิชย์ที่พบได้ทั่วไปมากที่สุด โดยเป็นโครงข่ายนาโนพอร์ของ SiO2 ที่ให้ค่าการนำความร้อน 0.019 ถึง 0.021 W ต่อ m K ตามที่ระบุไว้ข้างต้น ผ้าห่ม แผ่นแข็ง และฟิล์มส่วนใหญ่ในเว็บไซต์นี้ล้วนสร้างขึ้นบนฐานซิลิกาแอโรเจล
นาโนแอโรเจลกับโครงสร้างนาโนพอร์
นาโนแอโรเจลหมายถึงแอโรเจลที่มีรูพรุนขนาดเล็กกว่าเส้นทางอิสระเฉลี่ยของอากาศ ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 70 นาโนเมตร อันช่วยยับยั้งการพาความร้อน โครงสร้างนาโนพอร์นี้เอง ไม่ใช่วัสดุเนื้อแข็ง ที่ทำให้แอโรเจลเป็นฉนวนได้ดีเกินน้ำหนักของมันมาก
ค่าการนำความร้อนของแอโรเจล: ตัวเลขจริง
ค่าการนำความร้อนของแอโรเจลอยู่ที่ประมาณ 0.019 ถึง 0.021 วัตต์ต่อเมตรเคลวิน ที่ 25 องศาเซลเซียส วัดโดยวิธี guarded hot plate ตามมาตรฐาน GB/T 10294 และ GB/T 10295 เป็นหนึ่งในค่าที่ต่ำที่สุดในบรรดาฉนวนแข็งทั้งหมด และเป็นตัวเลขที่ผู้ซื้อควรขอจากรายงานผลทดสอบ.
บทความและการใช้งานที่เกี่ยวข้อง
ฉนวนแอโรเจลสำหรับอุปกรณ์อุตสาหกรรม: กรณีศึกษาการปรับปรุงท่อส่งไอน้ำจริง
แอโรเจลเฟลต์และการเคลือบแอโรเจลสำหรับฉนวนอุปกรณ์อุตสาหกรรมและท่อส่ง ลดการสูญเสียพลังงานและ...
อ่านเพิ่มเติม →
แอโรเจลสำหรับฉนวนท่ออุตสาหกรรม: ความหนาหนึ่งในสาม ประสิทธิภาพเท่าเดิม
วิธีที่ผ้าห่มฉนวนแอโรเจลลดการสูญเสียความร้อนและการควบแน่นบนท่ออุตสาหกรรม บางลง...
อ่านเพิ่มเติม →
ผ้าห่มแอโรเจลสำหรับการจัดเก็บและขนส่ง LNG: ประสิทธิภาพการเป็นฉนวนที่อุณหภูมิต่ำมากที่พิสูจน์แล้ว
แอโรเจลเฟลต์สำหรับถัง LNG และท่อส่งไครโอเจนิก ให้ฉนวนที่เสถียรตั้งแต่ -200°C ไม่ดูดซับน้ำและ...
อ่านเพิ่มเติม →
ผงและสารละลายแอโรเจล: สารตัวเติมเชิงหน้าที่สำหรับสารเคลือบและวัสดุผสม
วิธีการใช้ผงแอโรเจลและเพสต์แอโรเจลในการเคลือบ วัสดุผสม และฉนวน สำรวจการใช้งานหลัก...
อ่านเพิ่มเติม →