1. Podstawowe nauki i nanoarchitektoniczne projektowanie powłok aerożelowych
1.1 Pochodzenie i interpretacja powłok na bazie aerożelu
(Powłoki aerożelowe)
Powłoki aerożelowe reprezentują transformacyjny kurs produktów funkcjonalnych wywodzących się z szerszej rodziny aerożeli– ultraporowaty, ciała stałe o małej gęstości, znane ze swojej niezwykłej izolacji termicznej, wysoki obszar, i architektoniczna struktura mocy w skali nano.
W przeciwieństwie do konwencjonalnych monolitycznych aerożeli, które są zwykle podatne na uszkodzenia i trudne do wbudowania w skomplikowaną geometrię, Warstwy aerożelu stosuje się jako cienkie warstwy lub warstwy powierzchniowe na podłożach takich jak stal, polimery, tekstylia, lub produkty budowlane.
Warstwy te zachowują podstawowe właściwości aerożeli luzem– zwłaszcza ich nanoporowatość i zmniejszoną przewodność cieplną– zapewniając jednocześnie zwiększoną wytrzymałość mechaniczną, wszechstronność, i prostota aplikacji dzięki strategiom takim jak opryskiwanie, powłoka zanurzeniowa, lub przetwarzanie „z roli na rolę”..
Podstawowym składnikiem wielu warstw aerożelu jest krzemionka (SiO DWA), chociaż systemy krzyżowe zawierające polimery, węgiel, lub ceramiczne prekursory są w znacznym stopniu wykorzystywane w celu dostosowania funkcjonalności.
Cechą charakterystyczną powłok aerożelowych jest ich nanostrukturalna sieć, zwykle składa się z wzajemnie połączonych nanocząstek tworzących pory o rozmiarach poniżej 100 nanometrów– mniejsza niż średnia droga dopełniająca cząstek powietrza.
To ograniczenie architektoniczne skutecznie tłumi przewodzenie gazów i konwekcyjne przenoszenie ciepła, dzięki czemu wykończenia aerożelowe są jednymi z najbardziej niezawodnych izolatorów termicznych.
1.2 Ścieżki syntezy i mechanizmy suszenia
Konstruowanie powłok aerożelowych rozpoczyna się od utworzenia wilgotnej sieci żelowej w wyniku reakcji zol-żel, gdzie molekularne prekursory, takie jak ortokrzemian tetraetylu (TEOS) ulegają reakcjom hydrolizy i kondensacji w płynnym ośrodku, tworząc trójwymiarową sieć krzemionkową.
Procedurę tę można precyzyjnie dostosować, aby kontrolować wielkość porów, morfologia bitowa, i gęstość usieciowania poprzez ponowne dostosowanie specyfikacji, takich jak pH, stosunek wody do prekursora, i rodzaj kierowcy.
Po utworzeniu sieci żelowej w cienkiej warstwie na podłożu, Najważniejsza przeszkoda polega na pozbyciu się płynu z porów bez niszczenia delikatnej nanostruktury– problem tradycyjnie rozwiązywany poprzez suszenie nadkrytyczne.
Podczas suszenia nadkrytycznego, rozpuszczalnik (ogólnie alkohol lub CO₂) jest podgrzewany i pod ciśnieniem przekraczającym punkt krytyczny, pozbycie się granicy faz ciecz-para i zatrzymanie skurczu wywołanego naprężeniami kapilarnymi.
Choć wydajny, technika ta jest energochłonna i znacznie mniej odpowiednia do zastosowań dużych lub nakładanych na miejscu.
( Powłoki aerożelowe)
Aby pozbyć się tych ograniczeń, postęp w suszeniu pod wpływem stresu atmosferycznego (APD) faktycznie umożliwiły produkcję wytrzymałych powłok aerożelowych bez konieczności stosowania urządzeń wysokociśnieniowych.
Osiąga się to poprzez dostosowanie powierzchni sieci krzemionkowej za pomocą przedstawicieli sililujących (np., trimetylochlorosilan), które zastępują powierzchniowe zespoły hydroksylowe ugrupowaniami hydrofobowymi, obniżenie sił kapilarnych podczas parowania.
Powstałe powłoki zachowują niezrównaną porowatość 90% i grubość zaledwie 0,1– 0.3 g/cm³, chroniąc ich właściwości izolacyjne, jednocześnie umożliwiając skalowalną produkcję.
2. Charakterystyka wydajności cieplnej i mechanicznej
2.1 Wyjątkowa izolacja termiczna i tłumienie przenikania ciepła
Najbardziej znaną właściwością powłok aerożelowych do zastosowań mieszkaniowych jest ich bardzo niska przewodność cieplna, ogólnie różni się od 0.012 Do 0.020 W/m · K w warunkach otoczenia– równoważny nieruchomemu powietrzu i znacznie niższy niż w przypadku tradycyjnych materiałów izolacyjnych, takich jak poliuretan (0.025– 0.030 W/m · K )lub wełna mineralna (0.035– 0.040 W/m · K).
Wydajność ta wynika z zestawu trzech mechanizmów tłumienia przenoszenia ciepła właściwych dla nanostruktury: minimalna transmisja ciał stałych dzięki cienkiej sieci więzadeł krzemionkowych, minimalne przewodzenie powietrzne w wyniku dyfuzji Knudsena w porach poniżej 100 nm, oraz zmniejszony transfer promieniowania poprzez domieszkowanie lub wzmocnienie pigmentu.
W rozsądnych zastosowaniach, nawet cienkie warstwy (1– 5 mm) wykończenia aerożelu może osiągnąć odporność termiczną (Wartość R) porównywalna ze znacznie grubszą tradycyjną izolacją, umożliwiając styl ograniczony przestrzennie w przemyśle lotniczym, opracowywanie kopert, i gadżety mobilne.
Ponadto, Warstwy aerożelu wykazują bezpieczną wydajność w szerokim zakresie temperatur, z powodu problemów kriogenicznych (-200 °C )do łagodzenia wysokich temperatur (około 600 ° C dla układów z czystą krzemionką), dzięki czemu nadają się do pracy w trudnych warunkach.
Ich niską emisyjność i współczynnik odbicia światła słonecznego można dodatkowo zwiększyć poprzez konsolidację pigmentów odbijających podczerwień lub architektur wielowarstwowych, poprawę ekranowania radiacyjnego w zastosowaniach narażonych na działanie promieni słonecznych.
2.2 Trwałość mechaniczna i kompatybilność z podłożem
Niezależnie od ich ekstremalnej porowatości, nowoczesne wykończenia aerożelowe wykazują zaskakującą wytrzymałość mechaniczną, zwłaszcza wzmocnione spoiwami polimerowymi lub nanowłókienami.
Mieszańce preparatów organiczno-nieorganicznych, takie jak te integrujące aerożele krzemionkowe z polimerami, epoksydy, lub polisiloksany, zwiększyć zdolność adaptacji, przyczepność, i odporność na uderzenia, umożliwiając powłoce wytrzymanie wibracji, cykl termiczny, i niewielkie ścieranie.
Te systemy hybrydowe zachowują doskonałe właściwości izolacyjne, osiągając jednocześnie wydłużenie przy wartościach zerwania do 5– 10%, chroniące przed pękaniem pod naciskiem.
Wiążą się z różnymi podłożami– stal, aluminium, Beton, szkło, i wszechstronne folie– uzyskuje się poprzez gruntowanie powierzchni, przedstawiciele łączenia chemicznego, lub wiązanie na miejscu podczas leczenia.
Dodatkowo, Warstwy aerożelu można wykonać jako hydrofobowe lub superhydrofobowe, odpychanie wody i zatrzymywanie wnikania wilgoci, która mogłaby pogorszyć skuteczność izolacji lub sprzyjać korozji.
To połączenie trwałości mechanicznej i odporności na warunki środowiskowe poprawia długą żywotność na zewnątrz, morski, i instalacje przemysłowe.
3. Praktyczna wszechstronność i wielofunkcyjne połączenie
3.1 Możliwości tłumienia akustycznego i izolacji akustycznej
Poza administracją termiczną, Wykończenia aerożelowe wykazują znaczny potencjał w zakresie izolacji akustycznej ze względu na nanostrukturę z otwartymi porami, który rozprasza energię dźwiękową poprzez grube straty i tarcie wewnętrzne.
Kręta sieć nanoporów utrudnia rozprzestrzenianie się fal akustycznych, szczególnie w odmianie o średniej i wysokiej regularności, dzięki czemu wykończenia aerożelowe skutecznie zmniejszają hałas w kabinach lotniczych, panele samochodowe, i budowanie powierzchni ścian.
Po zintegrowaniu z warstwami wiskoelastycznymi lub z mikroperforacją, Systemy oparte na aerożelu mogą zapewnić szerokopasmową absorpcję dźwięku przy bardzo niewielkim dodatkowym ciężarze– istotna zaleta w zastosowaniach wrażliwych na wagę.
Ta wielofunkcyjność umożliwia projektowanie zintegrowanych przegród termo-akustycznych, zmniejszenie zapotrzebowania na wiele oddzielnych warstw w skomplikowanych konfiguracjach.
3.2 Właściwości ognioodporne i redukujące dym
Pokrycia aerożelowe są z natury niepalne, ponieważ systemy na bazie krzemionki nie dodają paliwa do ognia i mogą wytrzymać temperatury znacznie przekraczające czynniki zapłonu typowych produktów budowlanych i konstrukcyjnych oraz izolacyjnych.
W przypadku materiałów łatwopalnych, takich jak drewno, polimery, lub tekstylia, powłoki aerożelowe działają jako przeszkoda termiczna, opóźniając transfer ciepła i pirolizę, zwiększając w ten sposób odporność ogniową i wydłużając czas ucieczki.
Niektóre formuły zawierają dodatki pęczniejące lub domieszki zmniejszające palność (np., substancje fosforowe lub borowe) które rozszerzają się pod wpływem ogrzewania, tworząc warstwę ochronną, która lepiej chroni materiał znajdujący się pod spodem.
Ponadto, w przeciwieństwie do wielu izolacji na bazie polimerów, Warstwy aerożelu wytwarzają minimalną ilość dymu i nie zawierają szkodliwych substancji lotnych pod wpływem wysokiej temperatury, poprawa bezpieczeństwa w zamkniętych środowiskach, takich jak tunele, statki, i wieżowce.
4. Zastosowania przemysłowe i powstające we wszystkich sektorach
4.1 Efektywność energetyczna w budynkach i urządzeniach przemysłowych
Wykończenia aerożelowe zmieniają łatwe zarządzanie temperaturą w stylu i strukturze.
Stosowane do okien, powierzchnie ścian, i pokrycia dachowe, redukują tony ogrzewania i chłodzenia domu, minimalizując przewodzącą i radiacyjną wymianę ciepła, wkład w projekty budynków o zerowym zużyciu energii netto.
Przezroczyste powłoki aerożelowe, w szczególności, umożliwiają transmisję w ciągu dnia, blokując jednocześnie zyski ciepła, dzięki czemu idealnie nadają się do świetlików i powierzchni ścian osłonowych.
W rurociągach przemysłowych i zbiornikach magazynowych, Izolacja pokryta aerożelem zmniejsza straty mocy w parze, kriogeniczny, i procesowe systemy cieczy, zwiększając wydajność funkcjonalną i minimalizując emisję dwutlenku węgla.
Ich cienki profil umożliwia modernizację w obszarach o ograniczonej przestrzeni, w których nie można zainstalować standardowej okładziny.
4.2 Lotnictwo, Obrona, i asymilacja innowacji w zakresie urządzeń do noszenia
W lotnictwie, powłoki aerożelowe zabezpieczają wrażliwe komponenty przed poważnymi zmianami poziomu temperatury podczas ponownego wejścia w atmosferę lub misji w głębokim kosmosie.
Stosowane są w systemach ochrony termicznej (TPS), obudowy satelitarne, i podszewki dopasowane do astronauty, gdzie oszczędność masy bezpośrednio przekłada się na obniżone koszty uruchomienia.
W zastosowaniach ochronnych, Tkaniny powlekane aerożelem zapewniają lekką izolację termiczną dla pracowników i narzędzi w atmosferze arktycznej lub pustynnej.
Technologia noszenia zyskuje dzięki wszechstronnym związkom aerożelu, które utrzymują temperaturę ciała w mądrych ubraniach, sprzęt zewnętrzny, oraz medyczne systemy polityki termicznej.
Dodatkowo, badania odkrywają wykończenia aerożelowe z wbudowanymi czujnikami lub materiałami zmiennofazowymi (PCM) dla elastycznych, izolacja receptywna, która dostosowuje się do problemów ekologicznych.
Wreszcie, powłoki aerożelowe stanowią przykład możliwości inżynierii w skali nano w rozwiązywaniu problemów związanych z energią w skali makro, bezpieczeństwo, i zrównoważony rozwój.
Łącząc bardzo niską przewodność cieplną z elastycznością mechaniczną i wielofunkcyjnymi możliwościami, na nowo definiują granice inżynierii powierzchni.
Ponieważ koszty produkcji spadają, a metody aplikacji stają się znacznie bardziej skuteczne, Pokrycia aerożelowe mają szansę stać się typowym produktem w izolacji nowej generacji, systemy bezpieczeństwa, i inteligentne obszary powierzchni na wszystkich rynkach.
5. Błagać
Cabr-Concrete jest dostawcą domieszek do betonu w ponad 12 lat doświadczenia w oszczędzaniu energii w nanobudynkach i rozwoju nanotechnologii. Akceptuje płatności kartą kredytową, T/T, West Union i Paypal. TRUNNANO wyśle towary do klientów za granicą za pośrednictwem FedEx, DHL, drogą powietrzną, lub drogą morską. Jeśli szukasz wysokiej jakości domieszki do betonu, prosimy o kontakt i przesłanie zapytania.
Tagi:Powłoki aerożelowe, Powłoka termoizolacyjna z aerożelu krzemionkowego, powłoka termoizolacyjna
Wszystkie artykuły i zdjęcia pochodzą z Internetu. Jeśli są jakieś problemy z prawami autorskimi, skontaktuj się z nami na czas, aby usunąć.
Zapytaj nas