Aerogel: Den ekstraordinære charme ved et magisk materiale
Ved 650 grader fortsætter flammesprøjtepistolen med at sprøjte flamme, men den kan ikke antænde en specialbelagt papskal; Kun adskilt af et lag film, hånden presset på det varme bord varm nok til at "bage", men kan kun føle en smule varme; Det danner en usynlig "beskyttende film" på hånden, der tillader vandet at "poppe" på et øjeblik... Alt dette er som et "videnskabelig magi"-fænomen, alt sammen fra et nyt materiale, der har mere end et dusin Guinness World Records - aerogel.
For at give dig en mere intuitiv fornemmelse af aerogels vidundere, lad os lave et par sammenligningseksperimenter. Først placeres aerogelmaterialet af samme tykkelse og det traditionelle isoleringsmateriale (såsom stenuld, silikat osv.) i to identiske højtemperaturmiljøkamre, hvis temperatur er indstillet til 650 grader . Temperaturændringerne på ydersiden af de to materialer blev overvåget i realtid ved hjælp af et termisk billedkamera over den samme 1-timeperiode. Du vil se, at udetemperaturen på det traditionelle materiale stiger hurtigt, og der går ikke lang tid, før der er deformation, røg osv., mens aerogelmaterialets udetemperatur næsten ikke ændrer sig væsentligt, og den holdes altid lavt. Dette viser fuldt ud, at aerogelen langt overstiger de varmeisolerende egenskaber for traditionelle materialer.
Se på kontrasten mellem aerogel og almindelige faste stoffer (såsom metal, træ osv.). Hvis du vælger et stykke metal med samme volumen som aerogel-isoleringstæppet og vejer det separat, vil du opdage, at vægten af aerogelen er meget lettere end metalblokkens, hvilket fremhæver aerogelens ekstremt lette egenskaber. De placeres derefter samtidigt på en varmeplade indstillet til 200 grader. Under opvarmningsprocessen skal du bruge et termometer til at måle, hvor hurtigt temperaturen stiger på overfladen af de to stoffer, og resultaterne vil overraske dig. Temperaturen på metaloverfladen stiger hurtigt, mens temperaturen på aerogeloverfladen stiger meget langsomt, hvilket viser aerogelens fremragende varmeisoleringsevne i skarp kontrast, så du kan mærke aerogelens magi dybere.
Hold en flammesprøjtepistol ved en temperatur på op til 650 grader, sigt mod en almindelig papskal, og på et øjeblik vil papirskallen brænde, flammen spredes hurtigt, og papskallen vil blive reduceret til aske på kun ca. 20 sekunder.
Men da papskallen blev belagt med et tyndt lag gennemsigtig "magisk maling" (dvs. aerogel-relaterede produkter) og igen brændt med en 650 graders flammepistol, var situationen en helt anden. Denne gang var papskallen ikke kun ikke antændt, men næsten ingen spor af flammens brænding var synlige, hvilket kun efterlod et lag hvidt granulært pulver på overfladen. Hvis du rører bagsiden af papiret, kan du slet ikke mærke varmen. Ifølge personalet kan den i et miljø med høj temperatur på 650 grader tåle at brænde i mere end 3 timer uden at blive beskadiget.
I dette eksperiment forsøgte varmen fra flammen at invadere papskallen, men aerogelbelægningen fungerede som en uforgængelig barriere, der hensynsløst holdt varmen ude. Papskallen kan trygt omgives af flammer, som ved magi, hvilket er en levende demonstration af aerogels fantastiske varmeisoleringsegenskaber.
Den anden "magi" har med vand at gøre. I den ene tank er et lag af ikke-smeltende "magisk pulver" (aerogel-partikler) fast suspenderet over vandet. Reporteren rakte gennem pulveret til bunden og følte øjeblikkeligt, at hele hånden var gennemblødt med vand. Men da han trak hånden frem, blev han overrasket over at opdage, at der ikke var en dråbe vand i den. Efterfølgende blev denne hånd lagt i andre bassiner mange gange, eller endda vasket direkte med vand, og hele hånden så altid ud til at være pakket ind i en usynlig "beskyttende film", der kunne "poppe" alt vandet.
Denne vandafvisende egenskab ved aerogel skyldes dens specielle overfladeegenskaber. Dens mikrostruktur gør det svært for vandmolekyler at klæbe til den, og danner i stedet dråber, der vælter af, ligesom den selvrensende effekt på overfladen af lotusbladet.
Kan du tro, at en menneskelig hånd kan røre ved en genstand over 100 grader uden at blive brændt?
Den tredje "magi" fokuserer på "varme". I et varmt bord, der kan få koldt vand til at koge og fordampe øjeblikkeligt, sprede et lag "magisk film" (aerogel-isoleringspapir), pressede reporteren nervøst sin hånd på det og følte overraskende kun lidt varme.
Teknologi: Forskning og udvikling af verdens førende tilberedningsmetoder
Bag disse fantastiske "magiske maling", "magiske pulver" og anden "magi" er faktisk fra en slags Guinness World Records med mere end 10, og magasinet Science rost som "det magiske materiale, der kan ændre verden" - aerogel.
En ny materialeindustrisupportingeniør fra Coon fortalte journalister, at aerogel er det letteste faste materiale, der er kendt i verden i øjeblikket, og det er også verdens mest fremragende faste materiale med termisk isolering og brandbeskyttelse.
Hvad gør aerogel så fantastisk? Ingeniøren forklarede med analogien af "bomuldsslik".
Ingeniørerne bemærkede, at forholdet mellem aerogelen og sandet (hovedsageligt silica) svarede til forholdet mellem skumfiduser og hvidt sukker. Dens varmeisolering og flammehæmmende egenskaber er så fremragende på grund af eksistensen af adskillige huller i nanoskala i dens molekylære struktur med en porøsitet på mere end 95 %. Disse huller i nanoskala er som en "varmeisoleringslabyrint" i den mikroskopiske verden, hvor varme konstant reflekteres og spredes, mens den bevæger sig, hvilket gør det vanskeligt at lede jævnt, så aerogelens termiske ledningsevne er ekstremt lav, og den kan opnå en termisk isoleringseffekt svarende til den af et vakuum. "Hullerne i skumfidusen er synlige for det blotte øje, hvorimod hullerne i aerogelen er nanoskala, 1,000 gange mindre end diameteren af et menneskehår."
På trods af deres fremragende egenskaber er aerogeler svære at opnå.
Traditionel aerogel-forberedelse kræver en "superkritisk tørringsforberedelse"-metode, som skal tilberedes over flere dage under høj temperatur og tryk. Dette fører til mange problemer såsom høje udstyrsomkostninger, kompleks procesflow, alvorlig forureningsemission osv., hvilket gør, at produktionsomkostningerne forbliver høje. Derfor bruges aerogelprodukter mest inden for nøgleområder som rumfart.
I lyset af denne situation har innovationsteamet ledet af Xie Yi, akademiker fra det kinesiske videnskabsakademi og professor ved University of Science and Technology of China, efter årtiers utrættelige indsats, selvstændigt udviklet verdens førende aerogel-forberedelsesmetode - " miljøbeskyttelse aerogel atmosfærisk tryk tørringsmetode". Denne metode kan i høj grad reducere forberedelsesomkostningerne for aerogel, fremme industrialiseringen af aerogelprodukter mere smidigt og få dem til virkelig at komme ind i vores daglige liv.
Anvendelse: Opbygning af en "fire coat"
På konstruktionsområdet har påføringen af aerogel opnået bemærkelsesværdige resultater. For eksempel i en stor erhvervsbygning er det årlige energiforbrug til køling og opvarmning ret stort, når der ikke anvendes aerogel-isolering, og eludgifterne udgør en væsentlig del af driftsomkostningerne. Efter ændring af aerogel-isoleringsmaterialer, gennem streng energiforbrugsovervågning og statistik, viser det sig, at det årlige energiforbrug til køling og opvarmning er stærkt reduceret, og det tilsvarende elforbrug er også betydeligt reduceret.
Energiforbrugsniveauet er væsentligt lavere end tilsvarende erhvervsbygninger i nærheden, der ikke anvender aerogelisolering, og energibesparelsen er åbenlys.
Dette skyldes hovedsageligt den fremragende ydeevne af aerogel-bygningsisoleringsbelægninger. Det behøver kun en tynd belægning på 2 til 5 mm for at opnå den konstante temperatureffekt af 40 til 60 mm almindeligt isoleringsmateriale, og derved reducere rummets energiforbrug med mere end 30 %. Denne højeffektive isoleringsevne sparer ikke kun betydelige driftsomkostninger for bygningsejere, men bidrager også positivt til at reducere det samlede energiforbrug i byggesektoren i sammenhæng med hele samfundets fortaler for energibesparelse og emissionsreduktion.
Zhejiang Runfew New Material Co., Ltd har spillet en uundværlig rolle i denne proces. Dens omhyggeligt udviklede produkter i aerogel-serien fortsætter med at tilføre ny vitalitet inden for bygningsenergibesparelse, hjælpe flere bygninger med at opnå højeffektiv isolering og energibesparelse og forbrugsreduktion og få aerogel til at spille en større værdi inden for byggeri.