Aerojel Nedir?

Aerojel, bir jelin içerisindeki sıvı bileşenin hava ile değiştirilmiş olan katı maddelerdir. Duman gibi görüntü verdikleri için Donmuş duman veya "mavi duman" diye de adlandırılırlar. İlk olarak Steven Kistler tarafından 1931 yılında silika jel kullanılarak oluşturuldular. Büyük oranda havadan oluşurlar. En önemli özellikleri arasında çok hafif ve çok yalıtkan olmaları gelir. Bu ve diğer özellikleri sebebiyle birçok alanda kullanıma girmişlerdir. 2011 yılında silika aerojeller 15 tane Guinness rekoru sahibiydiler. İzolasyon sektöründe aerojel ürünleri piyasası 2004'te 25 milyon dolarlık bir büyüklüğe sahipken, bu rakam 2013 yılında 20 katına çıkmış ve 500 milyon dolar seviyesine ulaşmıştır. Çeşitli bilimsel araştırmalarda, tıpta, boyacılık, havacılık, kozmetik ve başka birçok sektörde, ayrıca NASA çalışmalarında da aerojeller kullanılmaktadır.

Steven Kistler, silika jel'den başka çeşitli metal oksitleri (aluminyum, krom, kalay oksitleri) ile de aerojel üretmiştir. Karbon tabanlı aerojeller, ilk kez 1980'li yılların sonlarında üretilmeye başlandı.

Aerojelin Yapısı

Aerojel yapısı, bir monomer (basit moleküller) ile diğer monomerlerle tepkimeye girdiğinde, aralarında sıvı çözelti birikintileri olan bağlanmış, çapraz bağlanmış makro moleküllerden oluşan bir sol veya bir madde oluşturacak olan bir sol-jel polimerizasyonundan kaynaklanır . Malzeme kritik bir şekilde ısıtıldığında, sıvı buharlaşır ve bağlanmış, çapraz bağlanmış makro molekül çerçevesi geride kalır. Polimerizasyon ve kritik ısınmanın sonucu, aerojel olarak sınıflandırılan gözenekli güçlü bir yapıya sahip bir malzemenin oluşturulmasıdır. Sentezdeki varyasyonlar, aerojelin yüzey alanını ve gözenek boyutunu değiştirebilir. Gözenek büyüklüğü ne kadar küçükse, aerojel kırılmaya daha duyarlıdır.

Su Yalıtım

Aerojel, çapı 2-5 nm olan parçacıklar içerir. Aerojel oluşturma işleminden sonra, yüzeyde büyük miktarda hidroksil grubu içerecektir. Hidroksil grupları , su içine yerleştirerek, sağlam bir reaksiyona neden olabilir. Aerojel suda felaketle çözülür. Hidrofilik aerojelin su geçirmezliğinin bir yolu, aerojel gruplarını (-OH) polar olmayan gruplarla (–OR) değiştirecek olan bazı kimyasal bazlarla aerojelin ıslatılmasıdır; bu, R, bir alifatik grup olduğunda en etkili olan bir işlemdir.

Aerojelin Gözenekliliği

Aerojelin gözenekliliğini belirlemenin birkaç yolu vardır: üç ana yöntem, gaz adsorpsiyonu , cıva gözenekliliği ve saçılma metodudur. Gaz adsorpsiyonunda, kaynama noktasında nitrojen, aerojel numunesine adsorbe edilir. Emilen gaz, numune içindeki gözeneklerin büyüklüğüne ve doymuş basıncına göre gazın kısmi basıncına bağlıdır . Emilen gazın hacmi , numunenin spesifik yüzey alanınıveren Brunauer, Emmit ve Teller formülü ( BET ) kullanılarak ölçülür . Adsorpsiyon / desorpsiyonda yüksek kısmi basınçta Kelvin denklemi numunenin gözenek boyutu dağılımını verir. Merkürde porosimetride civaGözeneklerin büyüklüğünü belirlemek için aerojel gözenekli sisteme zorlanır, ancak bu yöntem, aerojelin katı çerçevesi yüksek sıkıştırma kuvvetinden çökeceğinden dolayı oldukça verimsizdir. Saçılma metodu, aerojel numunesi içindeki radyasyonun açıya bağlı sapmasını içerir. Numune katı parçacıklar veya gözenekler olabilir. Radyasyon malzemeye girer ve aerojel gözenek ağının fraktal geometrisini belirler. Kullanılacak en iyi radyasyon dalga boyları X-ışınları ve nötronlardır. Aerojel ayrıca açık gözenekli bir ağdır: açık gözenekli ağ ile kapalı gözenekli ağ arasındaki fark, açık ağda gazların herhangi bir sınırlama olmaksızın içeri girip çıkabilmesidir, kapalı gözenekli bir ağ ise malzemenin içindeki gazları yakalar. Gözeneklerin içinde kalmaları için. [18] Silika aerojellerinin yüksek gözeneklilik ve yüzey alanı, çeşitli çevresel filtrasyon uygulamalarında kullanılmalarına izin verir.

 

Malzemeler

2.5 kg’lık bir tuğla , 2 g’lık bir kütleye sahip bir aerojel parçası tarafından desteklenir.

Silika

Silika aerojel en yaygın aerojel tipidir ve en yaygın olarak çalışılmış ve kullanılmıştır. Bu ise, silika tabanlı ve elde edilebilir, silika jel ya da modifiye edilmiş bir ile Stober işlemi. Düşük yoğunluklu silika nanofoam 1000 g / m ağırlığında 3, 1.900 g / m kayıt aerojelin tahliye versiyonu 3. yoğunluğu hava 1.200 g / m 3 (20 ° C de ve 1 atm). 2013 itibarıyla , aerographene 0160 g / m bir alt yoğunluğu 3 ya da% 13, oda sıcaklığında hava yoğunluğu. 

Silika, hacmin sadece% 3’ünü oluşturan üç boyutlu, iç içe kümeler halinde katılaşır. Katı madde ile iletim bu nedenle çok düşüktür. Hacmin kalan% 97’si son derece küçük nanoporeslerde havadan oluşur. Havanın hareket etmesi, konveksiyon ve gaz fazı iletimini engellemesi için çok az yer vardır.

Silika aerojelleri ayrıca ~% 99’luk yüksek bir optik transmisyona ve ~ 1.05’lik düşük bir kırılma indisine sahiptir.

Oldukça düşük bir termal iletkenliğe sahip, kayda değer termal yalıtkan özelliklere sahiptir: atmosferik basınçta 0.03  W / (m. K ), 0,004 W / (m · K) [19]değerinde, mütevazı vakumda, R’ye karşılık gelir. -değerleri (89 mm) kalınlıkta 14 3.5 için 22.2 (metrik) ila (ABD bilinen) 105 veya 3.0. Karşılaştırma için, tipik duvar yalıtımı aynı kalınlık için 13 (ABD geleneksel) veya 2.7 (metrik) ‘dir. Bu , erime noktası 1,473 K (2.192 ° F 1200 ° C).

2011 yılına kadar, silis aerojeni, Guinness World Records’ta , en iyi izolatör ve en düşük yoğunluklu katı madde dahil olmak üzere, malzeme özellikleri için 15 girdi tutmuştur; ancak bu, 2012 yılında daha hafif olan aerografit aerografitiyle (26) ve daha sonra 2013 yılında aerografen ile devredilmiştir .

Karbon

Karbon aerojelleri, birlikte kovalent olarak bağlanmış , nanometre aralığında boyutlara sahip parçacıklardan oluşur . Çok yüksek olan gözeneklilik ve 400-1,000 metre arasında değişen yüzey alanlarına (gözenek çapı 100 nm altında olan, 50%) 2 / g. Bunlar genellikle kompozit kağıt olarak üretilir: karbon fiberden yapılmış, resorsinol – formaldehit aerojel ile emprenye edilmiş ve pirolize edilmiş, dokunmamış kağıt . Yoğunluğa bağlı olarak, karbon aerojelleri elektriksel olarak iletken olabilir ve kondansatörlerdeki elektrotlar için kompozit aerojel kağıtları faydalı hale getirirveya deiyonizasyon elektrotları. Nedeniyle son derece yüksek bir yüzey alanına, karbon aerojeller oluşturmak için kullanılan süperkapasitörlerin değerleri kadar binlerce arasında değişen, farad 104 K / g kapasite yoğunluğu ve 77 K / sm göre 3. Karbon aerojelleri ayrıca, kızılötesi spektrumda son derece “siyah” olup, 250 nm ile 14.3 µm arasındaki radyasyonun sadece% 0.3’ünü yansıtır, bu da onları güneş enerjisitoplayıcıları için verimli kılar.

Yunuseli Mh. Akyıldız Cd. No:3/2
Bursa / TÜRKİYE

  • +90(533) 074 1455
  • +90(224) 248 7842
+