Aerogel: de buitengewone charme van een magisch materiaal
Bij 650 graden blijft het vlammenspuitpistool vlammen spuiten, maar het kan een speciaal gecoate kartonnen schaal niet ontsteken; Alleen gescheiden door een laagje film, de hand op de hete tafel gedrukt die heet genoeg is om te "bakken", maar kan slechts een beetje warmte voelen; Het vormt een onzichtbare "beschermende film" op de hand waardoor het water in een oogwenk kan "knallen"... Dit alles lijkt op een fenomeen van "wetenschappelijke magie", allemaal van een nieuw materiaal dat meer dan een dozijn Guinness World Records bevat - aerogel.
Laten we een paar vergelijkingsexperimenten doen om u een intuïtiever beeld te geven van de wonderen van aerogel. Eerst worden het aerogelmateriaal van dezelfde dikte en het traditionele isolatiemateriaal (zoals steenwol, silicaat, enz.) in twee identieke hogetemperatuurklimaatkamers geplaatst, waarvan de temperatuur is ingesteld op 650 graden. De temperatuurveranderingen aan de buitenkant van de twee materialen werden in realtime gevolgd met behulp van een warmtebeeldcamera gedurende dezelfde periode van 1-uur. Je zult zien dat de buitentemperatuur van het traditionele materiaal snel stijgt, en het duurt niet lang voordat er vervorming, rook etc. optreedt, terwijl de buitentemperatuur van het aerogelmateriaal nauwelijks verandert en altijd laag wordt gehouden. Dit toont volledig aan dat de aerogel de thermische isolatie-eigenschappen van traditionele materialen ruimschoots overtreft.
Kijk naar het contrast tussen aerogel en gewone vaste stoffen (zoals metaal, hout, enz.). Als u een stuk metaal kiest met hetzelfde volume als de aerogel-isolatiedeken en dit afzonderlijk weegt, zult u merken dat het gewicht van de aerogel veel lichter is dan dat van het metalen blok, wat de extreem lichte eigenschappen van de aerogel benadrukt. Vervolgens worden ze gelijktijdig op een verwarmingsplaat geplaatst die op 200 graden is ingesteld. Gebruik tijdens het verwarmingsproces een thermometer om te meten hoe snel de temperatuur stijgt op het oppervlak van de twee stoffen, en de resultaten zullen u verrassen. De temperatuur van het metalen oppervlak stijgt snel, terwijl de temperatuur van het aerogeloppervlak zeer langzaam stijgt, wat het uitstekende thermische isolatievermogen van de aerogel aantoont, in schril contrast, zodat je de magie van de aerogel dieper kunt voelen.
Houd een vlammenspuitpistool vast op een temperatuur van maximaal 650 graden en richt op een gewone kartonnen schaal, en in een oogwenk zal de papieren schaal verbranden, de vlam zal zich snel verspreiden en de kartonnen schaal zal in slechts ongeveer ongeveer 20 seconden.
Toen de kartonnen schaal echter werd bedekt met een dunne laag transparante "magische verf" (dwz aerogelgerelateerde producten) en opnieuw werd verbrand met een 650 graden vlammenpistool, was de situatie heel anders. Deze keer werd de kartonnen schaal niet alleen niet ontstoken, maar was er bijna geen spoor van de brandende vlam zichtbaar, waardoor er alleen een laag wit korrelig poeder op het oppervlak achterbleef. Als je de achterkant van het papier aanraakt, voel je de hitte helemaal niet. Volgens het personeel kan het in een omgeving met hoge temperaturen van 650 graden meer dan 3 uur branden zonder beschadigd te raken.
In dit experiment probeerde de hitte van de vlam de kartonnen schaal binnen te dringen, maar de aerogelcoating fungeerde als een onverwoestbare barrière en hield de hitte meedogenloos buiten. De kartonnen schaal kan veilig worden omringd door vlammen, als bij toverslag, wat een levendige demonstratie is van de verbazingwekkende thermische isolatie-eigenschappen van aerogel.
De tweede "magie" heeft te maken met water. In één tank hangt een laag niet-smeltend "magisch poeder" (aerogeldeeltjes) stevig boven het water. De verslaggever reikte door het poeder naar de bodem en voelde onmiddellijk dat de hele hand doordrenkt was met water. Maar toen hij zijn hand uittrok, ontdekte hij tot zijn verbazing dat er geen druppel water in zat. Vervolgens werd deze hand vele malen in andere poelen gestopt, of zelfs rechtstreeks met water gewassen, en de hele hand leek altijd gewikkeld in een onzichtbare "beschermende film" die al het water kon "ploppen".
Deze waterafstotende eigenschap van aerogel is te danken aan de speciale oppervlakte-eigenschappen. De microstructuur zorgt ervoor dat watermoleculen zich er moeilijk aan kunnen hechten en vormt in plaats daarvan druppeltjes die eraf vallen, net als het zelfreinigende effect op het oppervlak van het lotusblad.
Kun je geloven dat een menselijke hand een voorwerp boven de 100 graden kan aanraken zonder verbrand te worden?
De derde 'magie' richt zich op 'hitte'. Op een hete tafel die koud water onmiddellijk kan laten koken en verdampen, een laag "magische film" (aerogel-isolatiepapier) uitgespreid, drukte de verslaggever zenuwachtig zijn hand erop, en verrassend genoeg voelde hij slechts een beetje warmte.
Technologie: Onderzoek en ontwikkeling van toonaangevende bereidingsmethoden
Achter deze verbazingwekkende "magische verf", "magisch poeder" en andere "magie" schuilen in feite een soort Guinness World Records met meer dan 10, en het tijdschrift Science geprezen als "het magische materiaal dat de wereld kan veranderen" - aerogel.
Een nieuwe ondersteuningsingenieur voor de materiaalindustrie van Coon vertelde verslaggevers dat aerogel het lichtste vaste materiaal is dat momenteel ter wereld bekend is, en dat het ook 's werelds beste vaste materiaal is met thermische isolatie- en brandbeveiligingsprestaties.
Wat maakt aerogel zo geweldig? De ingenieur legde het uit met de analogie van 'suikerspin'.
De ingenieurs merkten op dat de relatie tussen de aerogel en het zand (voornamelijk silica) vergelijkbaar was met de relatie tussen marshmallows en witte suiker. De thermische isolatie en vlamvertragende eigenschappen zijn zo uitstekend vanwege het bestaan van talrijke gaten op nanoschaal in de moleculaire structuur, met een porositeit van meer dan 95%. Deze gaten op nanoschaal zijn als een ‘warmte-isolatiedoolhof’ in de microscopische wereld, waar warmte voortdurend wordt gereflecteerd en verspreid terwijl deze zich verplaatst, waardoor het moeilijk wordt om soepel te geleiden, zodat de thermische geleidbaarheid van de aerogel extreem laag is en deze kan bereiken een thermisch isolatie-effect vergelijkbaar met dat van een vacuüm. "De gaten in de marshmallow zijn met het blote oog zichtbaar, terwijl de gaten in de aerogel op nanoschaal zijn, 1,000 keer kleiner dan de diameter van een mensenhaar."
Ondanks hun uitstekende eigenschappen zijn aerogels moeilijk verkrijgbaar.
Traditionele aerogelbereiding vereist een "superkritische droogvoorbereidingsmethode", die gedurende meerdere dagen onder hoge temperatuur en druk moet worden voorbereid. Dit leidt tot veel problemen, zoals hoge inputkosten voor apparatuur, complexe processtromen, ernstige vervuilingsemissies, enz., waardoor de productiekosten hoog blijven. Daarom worden aerogelproducten meestal gebruikt op belangrijke gebieden zoals de lucht- en ruimtevaart.
Met het oog op deze situatie heeft het innovatieteam onder leiding van Xie Yi, academicus van de Chinese Academie van Wetenschappen en professor aan de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China, na tientallen jaren van niet-aflatende inspanningen, onafhankelijk 's werelds toonaangevende aerogel-preparatiemethode ontwikkeld - " milieubescherming aerogel atmosferische druk droogmethode". Deze methode kan de voorbereidingskosten van aerogel aanzienlijk verlagen, de industrialisatie van aerogelproducten soepeler bevorderen en ervoor zorgen dat ze echt in ons dagelijks leven terechtkomen.
Toepassing: Bouwen van een "vuurjas"
Op het gebied van de bouw heeft de toepassing van aerogel opmerkelijke resultaten opgeleverd. In een groot commercieel gebouw is het jaarlijkse energieverbruik voor koeling en verwarming bijvoorbeeld behoorlijk groot als er geen aerogelisolatie wordt gebruikt, en de elektriciteitskosten vormen een aanzienlijk deel van de bedrijfskosten. Na de aanpassing van aerogel-isolatiematerialen, door middel van rigoureuze monitoring van het energieverbruik en statistieken, is gebleken dat het jaarlijkse energieverbruik voor koeling en verwarming aanzienlijk is verminderd, en dat de bijbehorende elektriciteitsuitgaven ook aanzienlijk zijn verminderd.
Het energieverbruik is aanzienlijk lager dan dat van vergelijkbare commerciële gebouwen in de omgeving die geen aerogel-isolatie gebruiken, en de energiebesparingen zijn duidelijk.
Dit is voornamelijk te danken aan de uitstekende prestaties van aerogel-isolatiecoatings voor gebouwen. Er is slechts een dunne laag van 2 tot 5 mm nodig om het constante temperatuureffect van 40 tot 60 mm gewoon isolatiemateriaal te bereiken, waardoor het energieverbruik van de kamer met meer dan 30% wordt verminderd. Dit zeer efficiënte isolatievermogen bespaart niet alleen aanzienlijke bedrijfskosten voor gebouweigenaren, maar levert ook een positieve bijdrage aan het verminderen van het totale energieverbruik in de bouwsector in de context van het pleidooi van de hele samenleving voor energiebesparing en emissiereductie.
Zhejiang Runfew New Material Co., Ltd heeft een onmisbare rol gespeeld in dit proces. De zorgvuldig ontwikkelde producten uit de aerogel-serie blijven nieuwe vitaliteit injecteren op het gebied van energiebesparing in gebouwen, helpen meer gebouwen een hoog rendement isolatie en energiebesparing en verbruiksreductie te bereiken, en zorgen ervoor dat aerogel, dit magische materiaal, een grotere waarde speelt op het gebied van de bouw.