Guangzhou, Guangdong, Çin.

[email protected]

+86 13539860818

Guangzhou Anchor Technology aerogel üretim tesisi banner'ı

Aerogel: Nasıl Ortaya Çıktı

Aerogel: Tanıtım ve Özellikler

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 nanometre ölçeğinde gözenek

Ayrıca, aerogel, havanın malzeme içinden difüzyonunu engelleyen ve konvektif ısı transferini zorlaştıran çok sayıda nano ölçekli gözeneğe sahiptir.

Mars keşif aracı

Yüksek sıcaklık direnci nedeniyle, aerogel genellikle Mars keşif araçları gibi ortamlarda yalıtım için kullanılır.

Ayrıca, aerogelin suya dayanıklılık özelliği, polar -OH gruplarının polar olmayan -OR gruplarına dönüştürülmesiyle modifikasyon yoluyla elde edilir ve bu da hidrofobik bir aerogel oluşturur.

Hidrofobik aerogel
Aerogelin mucidi Samuel Kistler

Modern teknolojinin ileri düzey bir ürünü gibi görünmesine rağmen, aerogel ilk olarak 1930'larda kimyager Samuel Kistler tarafından geliştirilmiştir.

İlk Aerogelin Doğuşu

Jel benzeri maddeler yaygındır; örneğin tükettiğimiz jelatin, katı ve sıvı hallerin bir kombinasyonudur. Samuel Kistler ve meslektaşı Charles Learned, jelatinin jel oluşturmasının nedeni hakkında bir bahse girdi. Charles bunun sıvı doğasından kaynaklandığına inanırken, Samuel anahtarın jel içinde katı bir yapının varlığı olduğunu savundu.

Görüşünü kanıtlamak için Samuel, ıslak jelde sürekli bir katı ağın varlığını göstermek amacıyla deneyler yaptı. Amaç, katı yapıyı koruyarak jelin sıvısını uzaklaştırmak ve jelin sıvı içeriğiyle ilgisiz olduğunu kanıtlamaktı. Ancak zorluk, jelin içindeki sıvının buharlaşmasına izin vermenin, moleküller arasındaki çekim kuvvetleri nedeniyle katı yapının büzülmesine ve jelin çökmesine yol açmasıydı.

Samuel Kistler

Bunu aşmak için Samuel, jel içindeki sıvıyı değiştirmek zorundaydı ve tek uygun seçenek gazdı, çünkü jel zaten hem katı hem de sıvı hâlleri içeriyordu. Ancak normal gaz, jel içindeki sıvının yerini alamazdı. Samuel yeni bir yaklaşım kullandı: jeli basınçlandırıp ısıtarak, sıvının kritik noktasını aşmasını sağladı ve onu süperkritik bir akışkana (sıvı ve gaz arasında ayrım olmayan) dönüştürerek moleküller arası çekimi ortadan kaldırdı.

Samuel, hammadde olarak sodyum silikatı seçti ve hidrolizi kolaylaştırmak için hidroklorik asit ile katalizledi. Su ve etanol, değişimde çözücü olarak görev yaptı ve onu bir alkole dönüştürdü. Alkol jel daha sonra yüksek sıcaklık, yüksek basınç ortamına yerleştirildi. Etanol süperkritik akışkan durumuna ulaştığında, jel basınçsızlaştırıldı. Basınç azaldıkça, etanol molekülleri gaz olarak serbest bırakıldı. Isı kaynağından çıkarılıp soğutulduğunda, jel içindeki etanol buharlaştı ve geride gazla dolu katı yapı kaldı – ilk aerojel.

Bu araştırma 1931'de Nature dergisinde yayımlandı.

Aerojel Hazırlama Yönteminde İyileştirmeler

Silika aerojel

Kuşkusuz çığır açıcı olan Samuel'in araştırması, zorlu ve zaman alıcı hazırlama koşulları nedeniyle 30 yıldan fazla bir süre duraksadı. 1970'e kadar, oksijen ve roket yakıtı depolamak için gözenekli bir malzeme arayan Lyon Üniversitesi, aerojeli yeniden ele alarak Samuel'in yöntemini geliştirdi.

Yeni yöntem, sodyum silikatı tetrametoksisilan (TMOS) ve etanolü formaldehit ile değiştirdi. Bu değişiklik, daha yüksek kaliteli silika aerojellerin alkol jellerini üretti ve hazırlama için gereken süreyi önemli ölçüde azalttı. Bu iyileştirme, aerojel biliminde önemli bir adımı işaret etti.

Bu iyileştirmelerden sonra, daha fazla araştırmacı aerojeller alanına katıldı.

1983'te, Berkeley Laboratuvarı'ndaki Mikroyapı Malzemeleri Grubu, oldukça toksik bileşik TMOS'un daha güvenli tetraetoksisilan (TEOS) ile değiştirilebileceğini buldu. Ayrıca, süperkritik kurutmadan önce, sıvı CO2'nin aerojele zarar vermeden jel içindeki alkolün yerini alabileceğini keşfettiler.

Bu, büyük bir güvenlik ilerlemesini temsil ediyordu, çünkü CO2, alkollerin patlayıcı tehlikesinden yoksundur. Aerojeller üzerindeki araştırmalar derinleştikçe, fizikçiler bu nano ölçekli malzemenin, yakalanması zor Cherenkov radyasyon parçacıklarını toplamak için kullanılabileceğini fark etti, çünkü bu parçacıklar aerojelin karmaşık yapısından geçmekte zorlanır ve sonunda içinde hapsolur.

Parçacık toplamanın yanı sıra, NASA'nın Jet Propulsion Laboratuvarı tarafından hazırlanan silika aerojeller uzaya gönderildi ve kuyruklu yıldız tozu parçacıklarını toplama görevi verildi.

Sıvı karbondioksit

Aerogelin özellikleri ve sürekli geliştirilen hazırlama yöntemleri hakkındaki bu kapsamlı genel bakış göz önüne alındığında, aerogelin olağanüstü bir malzeme olduğu açıktır. Ancak, bu üstünlüklerine rağmen, neden günlük yaşamda yaygın olarak kullanılmamaktadır?

Öncelikle, üretimde zorluklar vardır ve hazırlama yöntemleri birçok kez iyileştirilmiş olsa da, kritik süperkritik koşullar hâlâ önemli bir engel oluşturmaktadır.

İkinci olarak, aerogelin endüstriyel üretimi göz korkutucu bir zorlukla karşı karşıyadır – aerogel çok kırılgandır. Güçlü bir yük taşıma kapasitesine sahip olmasına rağmen, çekme dayanımı çok düşüktür ve hafif bir kuvvetle kırılmaya eğilimlidir. Bu nedenle, genellikle ek katkı maddeleri gerektirir.

İlgili Aerojel Ürünleri

Bu Ürünler için Teklif İste

Aerojel Nasıl Üretilir?

Aerojelin nasıl üretildiği, ıslak bir jeldeki sıvının ağ yapısını çökertmeden gazla değiştirilmesine dayanır. Tarihsel olarak bu, süperkritik kurutma kullanılarak yapılıyordu; şimdi ise ortam basıncında kurutma ve esnek fiber alt tabakalar onu endüstriyel bir yalıtım battaniyesine dönüştürüyor.