Aerogel: Den ekstraordinære sjarmen til et magisk materiale
Ved 650 grader fortsetter flammesprøytepistolen å sprøyte flamme, men den kan ikke antenne et spesielt belagt pappskall; Bare adskilt av et lag med film, hånden trykket på det varme bordet varmt nok til å "bake", men kan bare føle litt varme; Den danner en usynlig "beskyttende film" på hånden som lar vannet "poppe" på et øyeblikk... Alt dette er som et "vitenskapelig magi"-fenomen, alt fra et nytt materiale som har mer enn et dusin Guinness World Records - aerogel.
For å gi deg en mer intuitiv følelse av underverkene til aerogel, la oss gjøre noen sammenligningseksperimenter. Først plasseres aerogelmaterialet av samme tykkelse og det tradisjonelle isolasjonsmaterialet (som steinull, silikat, etc.) i to identiske høytemperaturmiljøkamre, hvis temperatur er satt til 650 grader . Temperaturendringene på utsiden av de to materialene ble overvåket i sanntid ved hjelp av et termisk kamera over samme 1-timeperiode. Du vil se at utetemperaturen til det tradisjonelle materialet stiger raskt, og det tar ikke lang tid før det oppstår deformasjoner, røyk etc., mens utetemperaturen på aerogelmaterialet nesten ikke endres nevneverdig, og den holdes alltid lav. Dette viser fullt ut at aerogelen langt overgår de varmeisolasjonsegenskapene til tradisjonelle materialer.
Se på kontrasten mellom aerogel og vanlige faste stoffer (som metall, tre, etc.). Hvis du velger et metallstykke med samme volum som aerogel-isolasjonsteppet og veier det separat, vil du finne at vekten på aerogelen er mye lettere enn metallblokken, noe som fremhever aerogelens ekstremt lette egenskaper. De legges deretter samtidig på en varmeplate satt til 200 grader. Under oppvarmingsprosessen, bruk et termometer for å måle hvor raskt temperaturen stiger på overflaten av de to stoffene, og resultatene vil overraske deg. Temperaturen på metalloverflaten stiger raskt, mens temperaturen på aerogeloverflaten stiger veldig sakte, noe som viser aerogelens utmerkede varmeisolasjonsevne, i sterk kontrast, slik at du kan føle aerogelens magi dypere.
Hold en flammesprøytepistol ved en temperatur på opptil 650 grader, sikt mot et vanlig pappskall, og på et øyeblikk vil papirskallet brenne, flammen sprer seg raskt, og pappskallet vil bli redusert til aske på bare ca. 20 sekunder.
Men da pappskallet ble belagt med et tynt lag med gjennomsiktig "magisk maling" (dvs. aerogelrelaterte produkter) og igjen brent med en 650 graders flammepistol, var situasjonen en ganske annen. Denne gangen ble pappskallet ikke bare antent, men nesten ingen spor av flammen som brant var synlig, og etterlot bare et lag med hvitt granulært pulver på overflaten. Hvis du berører baksiden av papiret, kan du ikke føle varmen i det hele tatt. Ifølge personalet, i et miljø med høy temperatur på 650 grader, tåler den brenning i mer enn 3 timer uten å bli skadet.
I dette eksperimentet prøvde varmen fra flammen å invadere pappskallet, men aerogelbelegget fungerte som en uforgjengelig barriere, og holdt nådeløst varmen ute. Kartongskallet kan trygt omgis av flammer, som ved magi, som er en levende demonstrasjon av de fantastiske varmeisolasjonsegenskapene til aerogel.
Den andre "magien" har med vann å gjøre. I den ene tanken er et lag med ikke-smeltende "magisk pulver" (aerogelpartikler) godt suspendert over vannet. Reporteren strakk seg gjennom pulveret til bunnen, og kjente øyeblikkelig at hele hånden var gjennomvåt med vann. Men da han trakk ut hånden, ble han overrasket over å finne at det ikke var en dråpe vann i den. Deretter ble denne hånden satt inn i andre bassenger mange ganger, eller til og med vasket direkte med vann, og hele hånden så alltid ut til å være pakket inn i en usynlig "beskyttende film" som kunne "sprette" alt vannet.
Denne vannavstøtende egenskapen til aerogel skyldes dens spesielle overflateegenskaper. Mikrostrukturen gjør det vanskelig for vannmolekyler å feste seg til den, og danner i stedet dråper som faller av, akkurat som den selvrensende effekten på overflaten av lotusbladet.
Kan du tro at en menneskelig hånd kan berøre en gjenstand over 100 grader uten å bli brent?
Den tredje "magien" fokuserer på "varme". I et varmt bord som kan få kaldt vann til å koke og fordampe øyeblikkelig, spre et lag med "magisk film" (aerogel-isolasjonspapir), presset reporteren nervøst hånden på den, og følte overraskende bare litt varme.
Teknologi: Forskning og utvikling av verdensledende tilberedningsmetoder
Bak disse fantastiske "magiske malingene", "tryllepulveret" og annen "magi" er faktisk fra en slags Guinness World Records med mer enn 10, og Science magazine rost som "det magiske materialet som kan forandre verden" - aerogel.
En ny materialindustristøtteingeniør fra Coon fortalte reportere at aerogel er det letteste faste materialet kjent i verden for tiden, og det er også verdens mest utmerkede faste materiale med termisk isolasjon og brannbeskyttelsesytelse.
Hva gjør aerogel så fantastisk? Ingeniøren forklarte med analogien med "spinnspinn."
Ingeniørene bemerket at forholdet mellom aerogelen og sanden (hovedsakelig silika) var lik forholdet mellom marshmallows og hvitt sukker. Dens termiske isolasjon og flammehemmende egenskaper er så utmerkede på grunn av eksistensen av mange nanoskala hull i dens molekylære struktur, med en porøsitet på mer enn 95 %. Disse hullene i nanoskala er som en "varmeisolasjonslabyrint" i den mikroskopiske verden, hvor varme konstant reflekteres og spres mens den beveger seg, noe som gjør det vanskelig å lede jevnt, slik at den termiske ledningsevnen til aerogelen er ekstremt lav, og den kan oppnå en termisk isolasjonseffekt som ligner på vakuum. "Hullene i marshmallowen er synlige for det blotte øye, mens hullene i aerogelen er i nanoskala, 1,000 ganger mindre enn diameteren til et menneskehår."
Til tross for deres utmerkede egenskaper, er aerogel vanskelig å få tak i.
Tradisjonell aerogelpreparering krever en "superkritisk tørkepreparering"-metode, som må tilberedes over flere dager under høy temperatur og trykk. Dette fører til mange problemer som høye utstyrskostnader, kompleks prosessflyt, alvorlig forurensningsutslipp, etc., noe som gjør at produksjonskostnadene forblir høye. Derfor brukes aerogelprodukter for det meste innen nøkkelfelt som romfart.
I lys av denne situasjonen har innovasjonsteamet ledet av Xie Yi, akademiker ved det kinesiske vitenskapsakademiet og professor ved University of Science and Technology of China, etter flere tiår med uavbrutt innsats, uavhengig utviklet verdens ledende metode for forberedelse av aerogel - " miljøbeskyttelse aerogel atmosfærisk trykk tørkemetode". Denne metoden kan i stor grad redusere tilberedningskostnadene for aerogel, fremme industrialiseringen av aerogel-produkter jevnere og få dem til å virkelig komme inn i vårt daglige liv.
Bruksområde: Bygge en "fire coat"
På konstruksjonsområdet har påføringen av aerogel oppnådd bemerkelsesverdige resultater. For eksempel i et stort næringsbygg er det årlige energiforbruket til kjøling og oppvarming ganske stort når aerogelisolasjon ikke brukes, og strømutgiftene utgjør en betydelig andel av driftskostnadene. Etter modifisering av aerogel-isolasjonsmaterialer, gjennom streng energiforbruksovervåking og statistikk, er det funnet at det årlige energiforbruket i kjøling og oppvarming er sterkt redusert, og de tilsvarende strømutgiftene er også betydelig redusert.
Energiforbruksnivået er betydelig lavere enn tilsvarende næringsbygg i nærheten som ikke bruker aerogelisolasjon, og energibesparelsen er åpenbar.
Dette skyldes hovedsakelig den utmerkede ytelsen til aerogel-bygningsisolasjonsbelegg. Den trenger kun et tynt belegg på 2 til 5 mm for å oppnå konstant temperatureffekt av 40 til 60 mm vanlig isolasjonsmateriale, og reduserer dermed energiforbruket i rommet med mer enn 30 %. Denne svært effektive isolasjonsevnen sparer ikke bare betydelige driftskostnader for bygningseiere, men gir også et positivt bidrag til å redusere det totale energiforbruket i byggesektoren i sammenheng med hele samfunnets talsmann for energisparing og utslippsreduksjon.
Zhejiang Runfew New Material Co., Ltd har spilt en uunnværlig rolle i denne prosessen. Dens nøye utviklede aerogel-serieprodukter fortsetter å injisere ny vitalitet i feltet for energisparing i bygninger, hjelpe flere bygninger med å oppnå høyeffektiv isolasjon og energisparing og forbruksreduksjon, og få aerogel til å spille en større verdi innen konstruksjon.