Aerogel Nedir?

Aerojelin Doğuşu

Kistler, 1931 yılında alkollü süperkritik kurutma tekniğini kullanarak sıvıyı katıdan ayırmış ve gazın yapısının büzülmesini ve çökmesini önleyerek dünyada aerojel kavramını ortaya çıkarmıştır.

Aerogel Tanımı
Aerojel, nanometre ölçeğindeki mikro parçacıkların bir araya gelerek nanometre ölçeğinde gözenekli bir ağ yapısı oluşturduğu ve ağ iskeletinde çok sayıda gaz dispersiyon ortamının bulunduğu hafif, nano gözenekli, amorf bir katı malzemedir.

Aerojeller yalnızca işlevsel bir malzeme değil, aynı zamanda yeni bir madde halidir. Aerojel hali, birçok özelliği bakımından diğer madde hallerinden temelde farklıdır. Katı madde gibi sabit bir boyuta ve şekle sahiptir, ancak görünen yoğunluğu maksimum 1 g/cm³ ile 0.001 g/cm³ arasında değişebilir (havanın yoğunluğundan daha düşük); aynı zamanda, mikroskobik (nano ölçekli iskelet), makroskobik (yoğunlaşmış madde) ve mezoskopik (çok seviyeli ve fraktal yapı) özellikleriyle sünger benzeri gözenekli bir yapıya sahiptir, bu da aerojelleri birçok benzersiz özelliğe sahip hale getirir. Çok düşük ısı iletkenliği, çok düşük elastisite modülü, çok düşük fonon oranı, çok düşük kırılma indisi, düşük dielektrik sabiti, çok düşük ses hızı, yüksek özgül yüzey alanı, çok geniş yoğunluk ve kırılma indisi dağılımı vb. gösterir.

Aerojellerin Sınıflandırılması
Neredeyse tüm malzeme sistemlerini kapsayan geniş bir aerojel yelpazesi vardır. Genel olarak, kimyasal bileşimlerine göre organik aerojeller, inorganik aerojeller ve kompozit aerojeller vb. olarak ayrılabilirler. Aerojeller ayrıca ana bileşenlerine göre silikon, karbon, kükürt, metal oksit ve metal sistemleri olarak sınıflandırılabilir.

Aerogellerin Durumu ve Rolü
Bilim insanları aerojellerin dünyayı değiştireceğini söylüyor.

Aerogel, ABD'deki Science dergisinin 10. sayısında en çok ilgi gören 250 bilim ve teknoloji sayısından biri olarak listelendi. 20 Ağustos 2007'de The Times, aerogel'in 1 kg dinamitin patlayıcı gücüne dayanabilen ve sizi 1300°C'nin üzerindeki bir kaynak makinesinin ısısından uzak tutabilen dünyanın en hafif katısı olduğunu bildirdi. Bilim insanları, süper yalıtımlı uzay giysilerinden süper kapasitörlere, katalizörlere ve yeni nesil tenis raketlerine kadar her şeyde aerogel kullanımını araştırıyor. Aerogel, 1930'lardan fenolik reçine, 1980'lerden karbon fiber ve 1990'lardan silikon gibi efsanevi malzemelerin nesilleriyle rekabet etmeyi vaat ediyor.

Aerogel, Guinness Rekorlar Kitabı'nda dünyanın en hafif katısı olarak birkaç kez listelenmiştir. Aerogel ayrıca çok düşük bir termal iletkenliğe ve kırılma indisine sahiptir ve en iyi cam elyaflarından 39 kat daha fazla yalıtım sağlar. Aerogel, Rus Mir uzay istasyonunu ve ABD Mars Pathfinder gezginini termal olarak yalıtmak için kullanılmıştır ve havacılık endüstrisinde halihazırda hayati bir rol oynamıştır.

Aerogel Gelişiminin Tarihi
1931 yılında ilk kez aerojeller ABD'nin Stanford Üniversitesi'nde Kistler tarafından hazırlandı.
1985 yılında Almanya'daki Würzburg Üniversitesi Fizik Enstitüsü tarafından ISA olarak bilinen aerojellerle ilgili ilk sempozyum düzenlendi.
1993'te aerojeller uzay giysilerini, uzay araçlarını ve uzay mekiklerini yalıtmak için kullanılmaya başlandı.
2002 yılında aerojel geliştirmek ve üretmek amacıyla NASA'ya bağlı Aspen Aerogel şirketi kuruldu.
2004, Çin'in yerli araştırma enstitüleri tarafından yürütülen aerojel araştırması.
2006 yılında Çin'deki yerli aerojel şirketleri aerojel geliştirmeye başladı.
2017, Çin, GB/T 34336-201, Gözeneksiz Aerogel Kompozit Yalıtım Ürünlerini yürürlüğe koydu
2021 yılında Devlet Konseyi, karbon fiber, aerojel, özel çelik ve diğer temel malzemelerin araştırma ve geliştirme çalışmalarının hızlandırılması amacıyla “2023 Yılına Kadar Karbonun Zirveye Ulaşması İçin Eylem Planı”nı yayınladı.

Aerogellerin Temel Özellikleri
(1) Ultra hafif. Aerojel, hava kütlesinin altıda biri kadar minimum yoğunluğa sahip dünyanın en az yoğun katısıdır. Yoğunluk değişimi aralığı genellikle 0.001~1g/cm³'tür.

(2) Yüksek gözeneklilik ve yüksek özgül yüzey alanı. Gözeneklilik %80~%99.9, özgül yüzey alanı 200~1000m2/g ve gözeneklerin tipik boyutu 1~100nm'dir.

(3) Süper termal yalıtım. Aerojelin ince nano-ağ yapısı, yerel termal uyarımın yayılmasını etkili bir şekilde sınırlar ve katı hal termal iletkenliği, karşılık gelen camsı malzemeninkinden 2~3 büyüklük sırası daha düşüktür.

Aerogel ısı yalıtımının prensibi
Azaltılmış ısı transferi: Aerojeldeki sonsuz sayıda nanopartikül bir ağ iskeleti oluşturur ve ısı yalnızca sonsuz sayıda nanopartikül boyunca akabilir. Isı akışı yalnızca sonsuz sayıda nanopartikül boyunca iletilebilir ve bu da katıda neredeyse sonsuz bir ısı transferi yoluna neden olur. Katıdaki ısı transferi mümkün olan en düşük seviyeye düşürülür.

Termal konveksiyonun engellenmesi : Aerogellerin ortalama gözenek boyutu 20-40 nm olup, bu değer gaz moleküllerinin ortalama serbest hareket alanı olan 69 nm'den daha küçüktür ve gözeneklerdeki gaz molekülleri serbestçe hareket etme yeteneklerini kaybederek konveksiyonu neredeyse imkansız hale getirir.

Azaltılmış termal radyasyon : Aerogellerdeki nanopartiküller tarafından oluşturulan gözenek duvarları kızılötesi kalkan görevi görür ve sonsuz sayıdaki bu kalkanlar termal radyasyonu büyük ölçüde azaltır.

(4) Kataliz. Aerojelin küçük parçacık boyutu, yüksek özgül yüzey alanı ve düşük yoğunluğu, aerojel katalizörlerinin aktivitesini ve seçiciliğini geleneksel katalizörlerden çok daha yüksek hale getirir ve aktif bileşenler taşıyıcıda çok düzgün bir şekilde dağılabilir ve ayrıca yan reaksiyonların oluşumunu etkili bir şekilde azaltabilen mükemmel termal stabiliteye sahiptir.

(5) Ses yalıtımı. Aerojellerin düşük ses hızı özellikleri, onları akustik gecikme veya yüksek sıcaklık ses yalıtımı için ideal bir malzeme haline getirir. Aerojelin akustik empedansının değişken aralığı büyüktür [103 ~ 107kg/(㎡-s)], bu da ultrasonik dedektörler için daha ideal bir akustik direnç bağlantı malzemesidir. Ultrasonik jeneratörler ve dedektörler için kullanılan piezoelektrik seramiklerin akustik direnci 1.5×107kg/(㎡-s) iken, havanın akustik direnci yalnızca 400kg/(㎡-s)'dir. Piezoelektrik seramikler ve hava arasında akustik direnç bağlantı malzemesi olarak 1/4 dalga boyu kalınlığında ve yaklaşık 0.3g/cm³ yoğunlukta silikon aerojel kullanılması, ses yoğunluğunu 30dB artırabilir, akustik dalgaların iletim verimliliğini iyileştirebilir ve cihaz uygulamalarında sinyal-gürültü oranını azaltabilir.

(6) Filtreleme performansı. Nanoyapılı aerojeller, aynı zamanda yeni bir tür yüksek verimli gaz filtreleme malzemesi olarak da kullanılabilir. Olağanüstü büyük özgül yüzey alanı nedeniyle, aerojeller bilim insanları tarafından "süper süngerler" olarak adlandırılır ve sudaki kirleticileri adsorbe etmek, sudan kurşun ve civayı emmek için idealdir, bu da onları ekolojik felaketlerle başa çıkmak için mükemmel bir malzeme haline getirir.

(7) Optik özellikler. Saf SiO₂ aerojeli şeffaf ve renksizdir ve kırılma indeksi (1.006~1.06) havanınkine çok yakındır, bu da SiO₂ aerojelinin gelen ışığa neredeyse hiç yansıma kaybı olmadığı ve güneş ışığını etkili bir şekilde iletebildiği anlamına gelir. Bu nedenle, yalıtım ve gürültü azaltma camı yapmak için kullanılabilir.

Daha fazla bilgi veya Teknik Veri Sayfası ve Malzeme Güvenlik Bilgi Formu için lütfen bizimle e-posta yoluyla iletişime geçin: [email protected] veya +86-28-8411-1861 numaralı telefondan bize ulaşın.

Bazı resimler ve metinler internetten kopyalanmıştır ve telif hakkı orijinal yazara aittir. Herhangi bir ihlal varsa, lütfen silmek için bizimle iletişime geçin.