რა არის აეროგელი?

აეროგელის დაბადება

1931 წელს კისტლერმა ალკოჰოლური ზეკრიტიკული გაშრობის ტექნიკის გამოყენებით თხევადი და მყარი სხეული გამოაცალკევა და აირის სტრუქტურა შეკუმშვისა და კოლაფსისგან აიცილა თავიდან, რამაც მსოფლიოში აეროგელის წარმოქმნა გამოიწვია.

აეროგელის განმარტება
აეროგელი არის მსუბუქი, ნანო-ფოროვანი ამორფული მყარი მასალა, რომელიც შეიცავს ნანომეტრის მასშტაბის მიკრონაწილაკებს, რომლებიც ერთმანეთთან აგრეგირებულია ნანომეტრის მასშტაბის ფოროვანი ქსელური სტრუქტურის შესაქმნელად და ქსელის ჩონჩხში შევსებულია დიდი რაოდენობით აირისებრი დისპერსიული გარემოთი.

აეროგელები არა მხოლოდ ფუნქციური მასალაა, არამედ მატერიის ახალი მდგომარეობაც. აეროგელის მდგომარეობა მრავალი თვისებით ფუნდამენტურად განსხვავდება მატერიის სხვა მდგომარეობებისგან. მას აქვს ფიქსირებული ზომა და ფორმა, როგორც მყარი ნივთიერება, თუმცა მისი აშკარა სიმკვრივე შეიძლება იყოს მაქსიმუმ 1 გ/სმ³-დან 0.001 გ/სმ³-მდე (ჰაერის სიმკვრივეზე დაბალი); ამავდროულად, მას აქვს სპონგის მსგავსი ფოროვანი სტრუქტურა, მიკროსკოპული (ნანომასშტაბიანი ჩონჩხი), მაკროსკოპული (კონდენსირებული ნივთიერება) და მეზოსკოპიული (მრავალდონიანი და ფრაქტალური სტრუქტურა) მახასიათებლების მრავალი თვისებით, რაც აეროგელებს მრავალი უნიკალური თვისების მფლობელს ხდის. მას ახასიათებს ძალიან დაბალი თბოგამტარობა, ელასტიურობის ძალიან დაბალი მოდული, ძალიან დაბალი ფონონური სიჩქარე, ძალიან დაბალი გარდატეხის ინდექსი, დაბალი დიელექტრიკული მუდმივა, ძალიან დაბალი ხმის სიჩქარე, მაღალი სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი, ძალიან ფართო სიმკვრივის და გარდატეხის ინდექსის განაწილება და ა.შ.

აეროგელების კლასიფიკაცია
აეროგელების ფართო სპექტრი არსებობს, რომელიც თითქმის ყველა მატერიალურ სისტემას მოიცავს. ზოგადად, ქიმიური შემადგენლობის მიხედვით, ისინი შეიძლება დაიყოს ორგანულ აეროგელებად, არაორგანულ აეროგელებად და კომპოზიტურ აეროგელებად და ა.შ. აეროგელები ასევე შეიძლება კლასიფიცირდეს სილიციუმის, ნახშირბადის, გოგირდის, ლითონის ოქსიდის და ლითონის სისტემებად მათი ძირითადი კომპონენტების მიხედვით.

აეროგელების სტატუსი და როლი
მეცნიერები ამბობენ, რომ აეროგელები სამყაროს შეცვლის.

აეროგელი აშშ-ის ჟურნალ „Science“-ის 10-ე ნომერში მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების 250 ყველაზე აქტუალურ საკითხს შორის მოხვდა. 20 წლის 2007 აგვისტოს, გაზეთ „The Times“-ში გამოქვეყნდა სტატია, სადაც ნათქვამია, რომ აეროგელი მსოფლიოში ყველაზე მსუბუქი მყარი სხეულია, რომელსაც შეუძლია გაუძლოს 1 კგ დინამიტის აფეთქების ძალას და დაგიცვათ 1300°C-ზე მეტი ტემპერატურის ჩირაღდნის სიცხისგან. მეცნიერები იკვლევენ აეროგელის გამოყენებას ყველაფერში, სუპერიზოლირებული კოსმოსური კოსტიუმებიდან დაწყებული, სუპერკონდენსატორებით, კატალიზატორებითა და ჩოგბურთის ჩოგანების შემდეგი თაობით დამთავრებული. აეროგელი გვპირდება კონკურენციას გაუწევს ლეგენდარული მასალების ისეთ თაობებს, როგორიცაა 1930-იანი წლების ფენოლური ფისი, 1980-იანი წლების ნახშირბადის ბოჭკო და 1990-იანი წლების სილიკონი.

აეროგელი რამდენჯერმეა შეტანილი გინესის რეკორდების წიგნში, როგორც მსოფლიოში ყველაზე მსუბუქი მყარი სხეული. აეროგელს ასევე აქვს ძალიან დაბალი თბოგამტარობა და გარდატეხის ინდექსი და 39-ჯერ უფრო იზოლირებულია, ვიდრე საუკეთესო მინის ბოჭკოები. აეროგელი გამოიყენება რუსული კოსმოსური სადგურის „მირ“-ის და აშშ-ის მარს-პათფაინდერის როვერის თბოიზოლაციისთვის და უკვე მნიშვნელოვან როლს ასრულებს აერონავტიკულ ინდუსტრიაში.

აეროგელის განვითარების ისტორია
1931 წელს, კისტლერმა პირველად მოამზადა აეროგელები სტენფორდის უნივერსიტეტში, აშშ-ში.
1985 წელს, გერმანიაში, ვიურცბურგის უნივერსიტეტის ფიზიკის ინსტიტუტმა ორგანიზება გაუწია აეროგელების შესახებ პირველ სიმპოზიუმს, რომელიც ცნობილია როგორც ISA.
1993 წელს აეროგელები გამოიყენება კოსმოსური კოსტიუმების, კოსმოსური ხომალდების და კოსმოსური შატლების იზოლაციისთვის.
2002 წელს დაარსდა NASA-ს კომპანია Aspen Aerogel, აეროგელების შემუშავებისა და წარმოების მიზნით.
2004 წელს, აეროგელის კვლევა, რომელიც ჩაატარეს ადგილობრივმა ჩინურმა კვლევითმა ინსტიტუტებმა.
2006 წელს ჩინეთში ადგილობრივმა აეროგელების კომპანიებმა აეროგელების შემუშავება დაიწყეს.
2017, ჩინეთის მიერ გამოქვეყნებული, GB/T 34336-201, არაფოროვანი აეროგელის კომპოზიტური იზოლაციის პროდუქტები
2021 წელს სახელმწიფო საბჭომ გამოსცა „2023 წლისთვის ნახშირბადის პიკის მიღწევის სამოქმედო გეგმა“, რომელიც ნახშირბადის ბოჭკოს, აეროგელის, სპეციალური ფოლადის და სხვა ძირითადი მასალების კვლევისა და განვითარების დაჩქარებას ისახავს მიზნად.

აეროგელების ძირითადი თვისებები
(1) ულტრამსუბუქი. აეროგელი მსოფლიოში ყველაზე ნაკლებად მკვრივი მყარი სხეულია, რომლის მინიმალური სიმკვრივე ჰაერის მასის ერთი მეექვსედია. სიმკვრივის ცვალებადობის დიაპაზონი ზოგადად 0.001~1 გ/სმ³-ია.

(2) მაღალი ფორიანობა და მაღალი სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი. ფორიანობაა 80%~99.9%, სპეციფიკური ზედაპირის ფართობია 200~1000მ2/გ, ხოლო ფორების ტიპიური ზომაა 1~100ნმ.

(3) სუპერთბოიზოლაცია. აეროგელის თხელი ნანოქსელური სტრუქტურა ეფექტურად ზღუდავს ადგილობრივი თერმული აგზნების გავრცელებას და მისი მყარი მდგომარეობის თბოგამტარობა 2-3 რიგით ნაკლებია შესაბამისი მინისებრი მასალის თბოგამტარობაზე.

აეროგელის თბოიზოლაციის პრინციპი
შემცირებული თერმული გადაცემააეროგელში ნანონაწილაკების უსასრულო რაოდენობა ქმნის ბადისებრ ჩონჩხს და სითბო შეიძლება გადაიცეს მხოლოდ ნანონაწილაკების უსასრულო რაოდენობის გასწვრივ. სითბოს ნაკადი შეიძლება გატარდეს მხოლოდ ნანონაწილაკების უსასრულო რაოდენობის გასწვრივ, რაც იწვევს მყარ სხეულში სითბოს გადაცემის თითქმის უსასრულო გზას. მყარ სხეულში სითბოს გადაცემა მცირდება ყველაზე დაბალ შესაძლო დონემდე.

თერმული კონვექციის ინჰიბირება : აეროგელების საშუალო ფორების ზომაა 20-40 ნმ, რაც უფრო მცირეა, ვიდრე გაზის მოლეკულების საშუალო თავისუფალი დიაპაზონი 69 ნმ, ხოლო ფორებში არსებული გაზის მოლეკულები კარგავენ თავისუფლად გადაადგილების უნარს, რაც კონვექციას თითქმის შეუძლებელს ხდის.

შემცირებული თერმული გამოსხივება : აეროგელებში ნანონაწილაკების მიერ წარმოქმნილი ფორების კედლები ინფრაწითელ ფარებს წარმოადგენს და ფარების უსასრულო რაოდენობა მნიშვნელოვნად ამცირებს თერმულ გამოსხივებას.

(4) კატალიზი. აეროგელის მცირე ნაწილაკების ზომა, მაღალი სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი და დაბალი სიმკვრივე აეროგელის კატალიზატორების აქტივობასა და სელექციურობას ტრადიციულ კატალიზატორებთან შედარებით გაცილებით მაღალს ხდის, ხოლო აქტიური კომპონენტები შეიძლება ძალიან თანაბრად იყოს გაფანტული მატარებელში და ასევე აქვს შესანიშნავი თერმული სტაბილურობა, რაც ეფექტურად ამცირებს გვერდითი რეაქციების წარმოქმნას.

(5) ხმის იზოლაცია. აეროგელების დაბალი ხმის სიჩქარის თვისებები მათ იდეალურ მასალად აქცევს აკუსტიკური დაყოვნების ან მაღალი ტემპერატურის ხმის იზოლაციისთვის. აეროგელის აკუსტიკური წინაღობის ცვლადი დიაპაზონი დიდია [103 ~ 107 კგ/(㎡-s)], რაც უფრო იდეალური აკუსტიკური წინააღმდეგობის შემაერთებელი მასალაა ულტრაბგერითი დეტექტორებისთვის. ულტრაბგერითი გენერატორებისა და დეტექტორებისთვის გამოყენებული პიეზოელექტრული კერამიკის აკუსტიკური წინააღმდეგობაა 1.5×107 კგ/(㎡-s), ხოლო ჰაერის აკუსტიკური წინააღმდეგობა მხოლოდ 400 კგ/(㎡-s)-ია. 1/4 ტალღის სიგრძის სისქის და დაახლოებით 0.3 გ/სმ³ სიმკვრივის მქონე სილიკონის აეროგელის გამოყენება, როგორც პიეზოელექტრული კერამიკისა და ჰაერს შორის აკუსტიკური წინააღმდეგობის შემაერთებელი მასალა, შეიძლება გაზარდოს ხმის ინტენსივობა 30 დბ-ით, გააუმჯობესოს აკუსტიკური ტალღების გადაცემის ეფექტურობა და შეამციროს სიგნალი-ხმაურის თანაფარდობა მოწყობილობებში.

(6) ფილტრაციის ეფექტურობა. ნანოსტრუქტურირებული აეროგელების გამოყენება ასევე შესაძლებელია, როგორც ახალი ტიპის მაღალეფექტური გაზის ფილტრაციის მასალა. მათი განსაკუთრებით დიდი სპეციფიკური ზედაპირის ფართობის გამო, მეცნიერები აეროგელებს „სუპერ ღრუბლებს“ უწოდებენ და იდეალურია წყალში დამაბინძურებლების ადსორბციისთვის, ტყვიისა და ვერცხლისწყლის წყლიდან ამოსაწოვად, რაც მათ შესანიშნავ მასალად აქცევს ეკოლოგიური კატასტროფების მოსაგვარებლად.

(7) ოპტიკური თვისებები. სუფთა SiO₂ აეროგელი გამჭვირვალე და უფეროა, ხოლო მისი გარდატეხის ინდექსი (1.006~1.06) ძალიან ახლოსაა ჰაერის ინდექსთან, რაც ნიშნავს, რომ SiO₂ აეროგელს თითქმის არ აქვს არეკვლის დანაკარგი დაცემით სინათლის მიმართ და შეუძლია ეფექტურად გაატაროს მზის სინათლე. ამიტომ, მისი გამოყენება შესაძლებელია იზოლაციისა და ხმაურის შემამცირებელი მინის დასამზადებლად.

დამატებითი ინფორმაციისთვის ან ტექნიკური თარიღის ფურცლისა და მასალის უსაფრთხოების მონაცემთა ფურცლის მისაღებად, გთხოვთ, დაგვიკავშირდეთ ელექტრონული ფოსტით: [email protected] ან ზარით: +86-28-8411-1861.

ზოგიერთი სურათი და ტექსტი რეპროდუცირებულია ინტერნეტიდან და საავტორო უფლებები ეკუთვნის ორიგინალ ავტორს. თუ რაიმე დარღვევაა, გთხოვთ დაგვიკავშირდეთ წასაშლელად.