Guangzhou, Guangdong, Çin.

[email protected]

+86 13539860818

Guangzhou Anchor Technology aerogel üretim tesisi afişi

Aerogel: Nasıl Ortaya Çıktı

Aerogel: Tanıtım ve Özellikleri

Aerogel, dünyanın en hafif katı maddesi olarak bilinir; 97% hava ve 3% katı yapıdan oluşur ve yoğunluğu havanınkinden yalnızca 1,5 kat fazladır. Aşırı hafif olmasının yanı sıra, aerogel esas olarak “Knudsen etkisi” sayesinde mükemmel ısı yalıtım kabiliyetine de sahiptir. Aerogel çoğunlukla silika ve havadan oluştuğundan, silikanın ısı iletkenliği orta düzeydedir ve havanın ısı iletkenliği düşüktür.

dünyanın en hafif katı maddesi
sayısız nano ölçekli gözenek

Ayrıca aerogel, havanın malzeme içinde yayılmasını engelleyen ve konvektif ısı transferini güçleştiren çok sayıda nano ölçekli gözeneğe sahiptir.

Mars keşif aracı

Yüksek sıcaklık direnci sayesinde aerogel, yalıtım amacıyla Mars keşif araçları gibi ortamlarda sıkça kullanılır.

Ayrıca aerogelin suya dayanıklılık özelliği, polar -OH gruplarının polar olmayan -OR gruplarına dönüştürülmesiyle modifikasyon yoluyla elde edilir; böylece hidrofobik bir aerogel elde edilmiş olur.

Hidrofobik aerogel
Aerogelin mucidi Samuel Kistler

Modern teknolojinin ileri düzey bir ürünü gibi görünse de aerogel, ilk kez 1930'larda kimyager Samuel Kistler tarafından geliştirilmiştir.

İlk Aerogel'in Doğuşu

Jel benzeri maddeler yaygındır; örneğin tükettiğimiz jelatin, katı ve sıvı hallerin bir birleşimidir. Samuel Kistler ve meslektaşı Charles Learned, jelatinin neden jel oluşturduğu konusunda bir bahse girmiştir. Charles bunun sıvı doğasından kaynaklandığına inanırken, Samuel anahtarın jel içindeki katı bir yapının varlığı olduğunu savunmuştur.

Samuel, görüşünü kanıtlamak için ıslak jelde sürekli bir katı ağın varlığını göstermeye yönelik deneyler yaptı. Amaç, katı yapıyı koruyarak sıvıyı jelden uzaklaştırmak ve jelin sıvı içeriğiyle ilgisiz olduğunu kanıtlamaktı. Ancak buradaki zorluk, jelin içindeki sıvının yalnızca buharlaşmasına izin verilmesinin, moleküller arasındaki çekim kuvvetleri nedeniyle katı yapının büzülmesine ve jelin çökmesine yol açmasıydı.

Samuel Kistler

Bunu aşmak için Samuel'in jeldeki sıvıyı değiştirmesi gerekiyordu ve tek uygun seçenek gazdı, çünkü jel zaten hem katı hem de sıvı hâlleri içeriyordu. Ancak normal gaz, jeldeki sıvının yerini alamazdı. Samuel yeni bir yaklaşım kullandı: jeli basınç altına alıp ısıtarak sıvının kritik noktasını aşmasını sağladı ve onu, sıvı ile gaz arasında ayrım bulunmayan süperkritik bir akışkana dönüştürerek moleküller arası çekimi ortadan kaldırdı.

Samuel hammadde olarak sodyum silikatı seçti ve hidrolizi kolaylaştırmak için hidroklorik asitle katalizledi. Su ve etanol, bu değişimde çözücü olarak görev yaparak malzemeyi bir alkogele dönüştürdü. Alkogel daha sonra yüksek sıcaklık ve yüksek basınç ortamına yerleştirildi. Etanol süperkritik akışkan durumuna ulaştığında jelin basıncı düşürüldü. Basınç azaldıkça etanol molekülleri gaz olarak serbest bırakıldı. Isı kaynağından alınıp soğutulduğunda jeldeki etanol buharlaştı ve geride gazla dolu katı yapı kaldı – ilk aerogel.

Bu araştırma 1931'de Nature dergisinde yayımlandı.

Aerogel Hazırlama Yönteminde İyileştirmeler

Silika aerogel

Kuşkusuz çığır açıcı olan Samuel'in araştırması, zorlu ve zaman alıcı hazırlama koşulları nedeniyle 30 yılı aşkın bir süre durağan kaldı. Ancak 1970'te, oksijen ve roket yakıtı depolamak üzere gözenekli bir malzeme arayan Lyon Üniversitesi aerogeli yeniden ele aldı ve Samuel'in yöntemini geliştirdi.

Yeni yöntem, sodyum silikat yerine tetrametoksisilan (TMOS) ve etanol yerine formaldehit kullandı. Bu değişiklik, daha yüksek kaliteli silika aerogel alkojelleri üretti ve hazırlık için gereken süreyi önemli ölçüde kısalttı. Bu iyileştirme, aerogel biliminde önemli bir ilerleme adımı oldu.

Bu iyileştirmelerin ardından aerogel alanına daha fazla araştırmacı katıldı.

1983'te Berkeley Lab'daki Mikroyapı Malzemeleri Grubu, oldukça toksik olan TMOS bileşiğinin yerine daha güvenli tetraetoksisilan (TEOS) kullanılabileceğini buldu. Ayrıca süperkritik kurutmadan önce sıvı CO2'nin, aerogele zarar vermeden jeldeki alkolün yerini alabileceğini keşfettiler.

Bu, büyük bir güvenlik ilerlemesi anlamına geliyordu; çünkü CO2, alkollerin taşıdığı patlama tehlikesini barındırmaz. Aerogel araştırmaları derinleştikçe fizikçiler, bu nano ölçekli malzemenin yakalanması güç Cherenkov radyasyonu parçacıklarını toplamak için kullanılabileceğini fark etti; zira bu parçacıklar aerogelin karmaşık yapısından geçmekte zorlanır ve sonunda içinde hapsolur.

Parçacık toplamanın yanı sıra, NASA'nın Jet Propulsion Laboratory tarafından hazırlanan silika aerogeller uzaya gönderildi ve kuyruklu yıldız tozu parçacıklarını toplama göreviyle görevlendirildi.

Sıvı karbondioksit

Aerogelin özelliklerine ve sürekli geliştirilen hazırlık yöntemlerine ilişkin bu kapsamlı genel bakış göz önünde bulundurulduğunda, aerogelin olağanüstü bir malzeme olduğu açıktır. Ancak tüm bu üstünlüklerine rağmen neden günlük yaşamda yaygın olarak kullanılmıyor?

Öncelikle üretimde zorluklar bulunmaktadır; hazırlık yöntemleri birçok kez iyileştirilmiş olsa da kritik süperkritik koşullar hâlâ önemli bir engel oluşturmaktadır.

İkinci olarak, aerogelin endüstriyel üretimi zorlu bir engelle karşı karşıyadır: aerogel oldukça kırılgandır. Güçlü yük taşıma kapasitesine sahip olsa da çekme dayanımı çok düşüktür ve hafif bir kuvvetle kırılmaya eğilimlidir. Bu nedenle genellikle ek katkı maddeleri gerekir.

İlgili Aerogel Ürünleri

Bu Ürünler için Teklif Talep Edin

Aerogel Nasıl Üretilir?

Aerogel nasıl üretilir sorusunun yanıtı, ıslak bir jeldeki sıvının ağ yapısını çökertmeden gazla değiştirilmesine dayanır. Tarihsel olarak bu işlem süperkritik kurutmayla yapılıyordu; günümüzde ise ortam basıncında kurutma ve esnek elyaf altlıklar onu endüstriyel bir yalıtım battaniyesine dönüştürüyor.

Laboratuvar merakından fabrika zeminine: sol–gel yönteminin modern bir üretim hattında nasıl işlediğini rehberimizde görüntüleyin: aerogel yalıtım battaniyesi üretim süreci.