1. วิทยาศาสตร์ที่สำคัญและการออกแบบสถาปัตยกรรมนาโนของการเคลือบแอโรเจล
1.1 ต้นกำเนิดและการตีความของสารเคลือบที่ใช้แอโรเจล
(การเคลือบแอโรเจล)
แผ่นปิด Airgel แสดงถึงแนวทางการเปลี่ยนแปลงของผลิตภัณฑ์เชิงฟังก์ชันที่ได้มาจากตระกูลแอโรเจลในวงกว้าง– มีรูพรุนเป็นพิเศษ, ของแข็งความหนาแน่นต่ำมีชื่อเสียงในด้านฉนวนกันความร้อนที่โดดเด่น, พื้นที่สูง, และโครงสร้างพลังงานทางสถาปัตยกรรมระดับนาโน.
ต่างจากแอโรเจลเสาหินทั่วไป, ซึ่งมักจะเปราะบางและยากที่จะรวมเข้ากับรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน, ชั้นแอโรเจลถูกใช้เป็นแผ่นฟิล์มบางหรือชั้นพื้นที่ผิวบนชั้นล่าง เช่น เหล็ก, โพลีเมอร์, ผ้า, หรือผลิตภัณฑ์ก่อสร้าง.
ชั้นเหล่านี้ยังคงรักษาคุณสมบัติหลักของแอโรเจลปริมาณมาก– โดยเฉพาะความพรุนระดับนาโนและค่าการนำความร้อนที่ลดลง– ในขณะที่ให้ความเหนียวทางกลเพิ่มขึ้น, ความเก่งกาจ, และความเรียบง่ายในการใช้งานด้วยกลยุทธ์เช่นการฉีดพ่น, เคลือบจุ่ม, หรือการประมวลผลแบบม้วนต่อม้วน.
ส่วนประกอบหลักของชั้นแอโรเจลหลายๆ ชั้นคือซิลิกา (SiO สอง), แม้ว่าระบบผสมข้ามพันธุ์จะรวมเอาโพลีเมอร์เข้าด้วยกัน, คาร์บอน, หรือผู้บุกเบิกเซรามิกถูกนำมาใช้อย่างมากในการปรับแต่งฟังก์ชันการทำงาน.
คุณลักษณะที่ระบุของการเคลือบแอโรเจลคือเครือข่ายที่มีโครงสร้างนาโน, โดยทั่วไปประกอบด้วยอนุภาคนาโนที่เชื่อมต่อถึงกันทำให้เกิดรูพรุนที่มีขนาดต่ำกว่า 100 นาโนเมตร– เล็กกว่าเส้นทางเฉลี่ยของอนุภาคอากาศ.
ข้อจำกัดทางสถาปัตยกรรมนี้ยับยั้งการนำก๊าซและการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ, ทำให้การเคลือบแอโรเจลเป็นหนึ่งในฉนวนความร้อนที่เชื่อถือได้มากที่สุดซึ่งเป็นที่ยอมรับ.
1.2 เส้นทางการสังเคราะห์และกลไกการทำให้แห้ง
การสร้างสารเคลือบแอโรเจลเริ่มต้นด้วยการสร้างโครงข่ายเจลชื้นผ่านเคมีของโซล-เจล, โดยที่สารตั้งต้นของโมเลกุล เช่น เตตระเอทิลออร์โธซิลิเกต (ทีโอเอส) รับปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสและการควบแน่นในตัวกลางของเหลวเพื่อสร้างเครือข่ายซิลิกาสามมิติ.
ขั้นตอนนี้สามารถปรับอย่างละเอียดเพื่อควบคุมขนาดรูขุมขนได้, สัณฐานวิทยาบิต, และความหนาแน่นของการเชื่อมโยงข้ามโดยการปรับข้อกำหนดจำเพาะใหม่ เช่น pH, อัตราส่วนน้ำต่อสารตั้งต้น, และคนขับใจดี.
เมื่อเจลเน็ตเวิร์กถูกสร้างขึ้นภายในการติดตั้งฟิล์มบางบนชั้นล่าง, อุปสรรคสำคัญอยู่ที่การกำจัดของเหลวในรูขุมขนโดยไม่ทำลายโครงสร้างนาโนที่ละเอียดอ่อน– ปัญหาที่แต่ก่อนได้รับการแก้ไขด้วยการทำแห้งแบบวิกฤตยิ่งยวด.
ในการอบแห้งที่วิกฤตยิ่งยวด, ตัวทำละลาย (โดยทั่วไปแอลกอฮอล์หรือ CO ₂) ได้รับความอบอุ่นและแรงกดดันเกินจุดวิกฤติ, กำจัดส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวและไอและหยุดการหดตัวที่เกิดจากความเครียดของเส้นเลือดฝอย.
ในขณะที่มีประสิทธิภาพ, เทคนิคนี้ใช้พลังงานมากและมีความเหมาะสมน้อยกว่ามากสำหรับการใช้งานเลเยอร์ขนาดใหญ่หรือในแหล่งกำเนิด.
( การเคลือบแอโรเจล)
เพื่อกำจัดข้อจำกัดเหล่านี้, ความก้าวหน้าในการอบแห้งความเครียดจากสิ่งแวดล้อม (เอพีดี) ช่วยให้สามารถผลิตการเคลือบแอโรเจลที่แข็งแกร่งได้จริงโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์แรงดันสูง.
ซึ่งสามารถทำได้โดยการปรับพื้นผิวของโครงข่ายซิลิกาโดยใช้ตัวแทนซิลิเลต (เช่น, ไตรเมทิลคลอโรซิเลน), ซึ่งแทนที่หมู่ไฮดรอกซิลที่พื้นผิวด้วยมอยอิตีที่ไม่ชอบน้ำ, ลดแรงของเส้นเลือดฝอยระหว่างการระเหย.
ผลการหุ้มจะช่วยรักษาความพรุนได้เหนือกว่า 90% และความหนาต่ำสุดเพียง 0.1– 0.3 กรัม/ซม. ³, ปกป้องประสิทธิภาพการเป็นฉนวนในขณะเดียวกันก็ทำให้สามารถผลิตแบบปรับขนาดได้.
2. ลักษณะประสิทธิภาพทางความร้อนและทางกล
2.1 ฉนวนกันความร้อนที่ยอดเยี่ยมและการปราบปรามการถ่ายโอนความร้อน
ทรัพย์สินที่อยู่อาศัยที่รู้จักกันดีที่สุดของสารเคลือบแอโรเจลคือค่าการนำความร้อนต่ำเป็นพิเศษ, โดยทั่วไปจะแตกต่างจาก 0.012 ถึง 0.020 W/m · K ที่สภาวะแวดล้อม– เทียบเท่ากับอากาศนิ่งและต่ำกว่าวัสดุฉนวนทั่วไปอย่างโพลียูรีเทนอย่างมาก (0.025– 0.030 W/m · เค )หรือขนสัตว์แร่ (0.035– 0.040 W/m · เค).
ประสิทธิภาพนี้เกิดจากชุดกลไกการปราบปรามการถ่ายโอนความร้อนสามชุดที่อยู่ในโครงสร้างนาโน: การส่งผ่านของแข็งน้อยที่สุดเนื่องจากมีโครงข่ายเอ็นซิลิกาบาง, การนำอากาศทางอากาศน้อยที่สุดเนื่องจากการแพร่กระจายของ Knudsen ในรูพรุนต่ำกว่า 100 นาโนเมตร, และลดการถ่ายโอนรังสีผ่านการเติมสารโด๊ปหรือเม็ดสี.
ในการใช้งานที่สมเหตุสมผล, แม้แต่ชั้นบาง ๆ (1– 5 มม) ของการตกแต่งแบบแอโรเจลสามารถต้านทานความร้อนได้ (ค่า R) เทียบได้กับฉนวนแบบเดิมที่หนากว่ามาก, ช่วยให้มีรูปแบบที่มีพื้นที่จำกัดในการบินและอวกาศ, การพัฒนาซองจดหมาย, และอุปกรณ์เคลื่อนที่.
นอกจากนี้, ชั้นแอโรเจลแสดงประสิทธิภาพที่ปลอดภัยตลอดช่วงอุณหภูมิที่กว้างใหญ่, จากปัญหาการแช่แข็ง (-200 ° C )ถึงอุณหภูมิสูงปานกลาง (ประมาณ 600 ° C สำหรับระบบซิลิกาบริสุทธิ์), ทำให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง.
การแผ่รังสีต่ำและการสะท้อนแสงจากดวงอาทิตย์สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้อีกโดยการรวมเม็ดสีที่สะท้อนแสงอินฟราเรดหรือสถาปัตยกรรมหลายชั้น, การปรับปรุงการป้องกันรังสีในการใช้งานที่โดนแสงอาทิตย์.
2.2 ความทนทานทางกลและความเข้ากันได้ของพื้นผิว
โดยไม่คำนึงถึงความพรุนมาก, การตกแต่งด้วยแอโรเจลสมัยใหม่มีความทนทานทางกลที่น่าประหลาดใจ, โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเสริมด้วยสารยึดเกาะโพลีเมอร์หรือเส้นใยนาโน.
สูตรอินทรีย์-อนินทรีย์ผสมข้ามพันธุ์, เช่น การผสานซิลิกาแอโรเจลเข้ากับโพลีเมอร์, อีพ็อกซี่, หรือโพลีไซล็อกเซน, เพิ่มความสามารถในการปรับตัว, การยึดเกาะ, และทนต่อแรงกระแทก, ทำให้การเคลือบทนทานต่อแรงสั่นสะเทือน, การปั่นจักรยานด้วยความร้อน, และรอยถลอกเล็กน้อย.
ระบบไฮบริดเหล่านี้รักษาประสิทธิภาพของฉนวนที่ดีเยี่ยม ขณะเดียวกันก็ยืดตัวได้ที่ค่าแตกหักสูงสุด 5– 10%, ป้องกันการแตกหักภายใต้ความกดดัน.
เชื่อมโยงกับชั้นล่างที่หลากหลาย– เหล็ก, อลูมิเนียม, คอนกรีต, กระจก, และฟอยล์อเนกประสงค์– ทำได้ด้วยการรองพื้นพื้นผิว, ตัวแทนผสมสารเคมี, หรือพันธะในแหล่งกำเนิดตลอดการรักษา.
นอกจากนี้, ชั้นของแอโรเจลสามารถประดิษฐ์ขึ้นเพื่อให้เป็นแบบไม่ชอบน้ำหรือแบบซุปเปอร์ไฮโดรโฟบิกได้, ขับไล่น้ำและหยุดความชื้นที่อาจทำให้ประสิทธิภาพของฉนวนลดลงหรือส่งเสริมการกัดกร่อน.
การผสมผสานระหว่างความทนทานเชิงกลและความต้านทานต่อสิ่งแวดล้อมช่วยปรับปรุงอายุการใช้งานภายนอกให้ยืนยาว, ทะเล, และการตั้งค่าอุตสาหกรรม.
3. ความอเนกประสงค์ที่ใช้งานได้จริงและการผสมผสานแบบมัลติฟังก์ชั่น
3.1 ความสามารถในการลดเสียงและฉนวนกันเสียง
นอกเหนือจากการบริหารความร้อน, พื้นผิวของแอโรเจลแสดงศักยภาพอย่างมากในการเป็นฉนวนกันเสียงเนื่องจากมีโครงสร้างนาโนแบบเปิดรูพรุน, ซึ่งกระจายพลังงานเสียงผ่านการสูญเสียอย่างหนาแน่นและการเสียดสีภายใน.
เครือข่ายนาโนพอร์ที่คดเคี้ยวขัดขวางการแพร่กระจายของคลื่นเสียง, โดยเฉพาะในความหลากหลายที่มีความสม่ำเสมอปานกลางถึงสูง, ทำให้การเคลือบแอโรเจลมีประสิทธิภาพในการลดเสียงรบกวนในห้องโดยสารการบินและอวกาศ, แผงยานยนต์, และพื้นผิวผนังอาคาร.
เมื่อรวมเข้ากับชั้นยืดหยุ่นหนืดหรือวัสดุที่มีรูพรุนขนาดเล็กด้วย, ระบบที่ใช้แอโรเจลสามารถดูดซับเสียงบรอดแบนด์ได้โดยมีน้ำหนักเพิ่มเพียงเล็กน้อย– ประโยชน์ที่สำคัญในการใช้งานที่ต้องคำนึงถึงน้ำหนัก.
ฟังก์ชันการทำงานแบบมัลติฟังก์ชั่นนี้ช่วยให้สามารถออกแบบแผงกั้นเสียงรบกวนและความร้อนในตัวได้, ลดความจำเป็นในการแยกเลเยอร์จำนวนมากในการตั้งค่าที่ซับซ้อนขึ้น.
3.2 คุณสมบัติการทนไฟและการลดควัน
สารเคลือบ Airgel ไม่ติดไฟโดยเนื้อแท้, เนื่องจากระบบที่ใช้ซิลิกาไม่ได้เติมเชื้อเพลิงลงในกองไฟและสามารถทนต่อระดับอุณหภูมิได้ดีกว่าปัจจัยการจุดระเบิดของอาคารทั่วไปและการก่อสร้างและผลิตภัณฑ์ฉนวน.
เมื่อเกี่ยวข้องกับชั้นล่างที่ติดไฟได้เช่นไม้, โพลีเมอร์, หรือสิ่งทอ, การเคลือบแอโรเจลทำหน้าที่เป็นอุปสรรคด้านความร้อน, ชะลอการถ่ายโอนความร้อนและไพโรไลซิส, จึงเพิ่มความต้านทานไฟและเพิ่มเวลาหลบหนี.
บางสูตรมีสารเติมแต่งที่ก่อให้เกิดการติดไฟหรือสารเจือปนที่หน่วงไฟ (เช่น, สารฟอสฟอรัสหรือโบรอน) ที่ขยายตัวเมื่อได้รับความร้อน, การสร้างชั้นถ่านป้องกันที่ปกป้องวัสดุที่อยู่ด้านล่างได้ดีขึ้น.
นอกจากนี้, แตกต่างจากฉนวนโพลีเมอร์หลายชนิด, ชั้นแอโรเจลสร้างควันน้อยที่สุดและไม่มีสารระเหยที่เป็นอันตรายเมื่ออยู่ภายใต้ความร้อนสูง, ปรับปรุงความปลอดภัยในสภาพแวดล้อมที่ปิดล้อม เช่น อุโมงค์, เรือ, และอาคารสูง.
4. การใช้งานทางอุตสาหกรรมและที่เกิดขึ้นทั่วทั้งภาคส่วน
4.1 ประสิทธิภาพการใช้พลังงานในอาคารและอุปกรณ์อุตสาหกรรม
พื้นผิวของ Airgel กำลังเปลี่ยนแปลงการจัดการระบายความร้อนที่ง่ายดายทั้งในรูปแบบและกรอบงาน.
นำไปใช้กับหน้าต่าง, พื้นผิวผนัง, และหลังคา, ช่วยลดปริมาณความร้อนและความเย็นภายในบ้านโดยการลดการแลกเปลี่ยนความร้อนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและการแผ่รังสี, มีส่วนช่วยในการวางผังอาคารพลังงานสุทธิเป็นศูนย์.
การเคลือบแอโรเจลแบบโปร่งใส, โดยเฉพาะ, อนุญาตให้มีการส่งสัญญาณในเวลากลางวันในขณะที่ปิดกั้นการรับความร้อน, ทำให้เหมาะสำหรับช่องรับแสงและพื้นผิวผนังม่าน.
ในท่ออุตสาหกรรมและถังเก็บ, ฉนวนเคลือบแอโรเจลช่วยลดการสูญเสียพลังงานในไอ, ไครโอเจนิค, และประมวลผลระบบของเหลว, เพิ่มประสิทธิภาพการทำงานและลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน.
รูปทรงบางช่วยให้สามารถติดตั้งเพิ่มเติมในพื้นที่จำกัดซึ่งไม่สามารถติดตั้งแผ่นกาบมาตรฐานได้.
4.2 การบินและอวกาศ, กลาโหม, และการดูดซึมนวัตกรรมอุปกรณ์สวมใส่
ในการบินและอวกาศ, การเคลือบแอโรเจลช่วยรักษาส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนจากการเปลี่ยนแปลงของระดับอุณหภูมิที่รุนแรงตลอดทั้งการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศหรือภารกิจในห้วงอวกาศ.
ใช้ในระบบป้องกันความร้อน (ทีพีเอส), เรือนดาวเทียม, และวัสดุบุรองพอดีสำหรับนักบินอวกาศ, โดยที่การลดน้ำหนักโดยตรงจะแปลงเป็นต้นทุนการเปิดตัวที่ลดลง.
ในการใช้งานด้านการป้องกัน, ผ้าเคลือบแอโรเจลเป็นฉนวนกันความร้อนน้ำหนักเบาสำหรับพนักงานและเครื่องมือในบรรยากาศอาร์กติกหรือทะเลทราย.
เทคโนโลยีสวมใส่ได้มาจากสารประกอบแอโรเจลอเนกประสงค์ที่ช่วยรักษาอุณหภูมิของร่างกายในเสื้อผ้าที่ชาญฉลาด, อุปกรณ์ภายนอก, และระบบนโยบายความร้อนทางการแพทย์.
นอกจากนี้, การศึกษาคือการค้นพบการเคลือบแอโรเจลด้วยหน่วยตรวจจับแบบฝังหรือวัสดุที่เปลี่ยนเฟส (PCM) เพื่อความยืดหยุ่น, ฉนวนเปิดกว้างที่ปรับให้เข้ากับปัญหาทางนิเวศวิทยา.
ในที่สุด, การเคลือบแอโรเจลเป็นตัวอย่างของพลังของวิศวกรรมระดับนาโนเพื่อจัดการกับปัญหาด้านพลังงานระดับมหภาค, ความปลอดภัย, และความยั่งยืน.
ด้วยการผสานการนำความร้อนต่ำเป็นพิเศษเข้ากับความยืดหยุ่นทางกลและความสามารถแบบมัลติฟังก์ชั่น, พวกเขากำลังกำหนดขีดจำกัดใหม่ของวิศวกรรมพื้นผิว.
เนื่องจากต้นทุนการผลิตลดลงและวิธีการใช้งานจึงมีประสิทธิภาพมากขึ้น, แผ่นปิดแอโรเจลถูกวางให้เป็นผลิตภัณฑ์ทั่วไปในฉนวนกันความร้อนยุคถัดไป, ระบบความปลอดภัย, และพื้นที่พื้นผิวอัจฉริยะทั่วทั้งตลาด.
5. ขอ
Cabr-Concrete คือผู้จำหน่ายน้ำยาผสมคอนกรีตที่มีมากกว่า 12 ประสบการณ์หลายปีในการอนุรักษ์พลังงานอาคารนาโนและการพัฒนานาโนเทคโนโลยี. รับชำระเงินผ่านบัตรเครดิต, ที/ที, เวสต์ยูเนียนและเพย์พาล. TRUNNANO จะจัดส่งสินค้าให้กับลูกค้าในต่างประเทศผ่าน FedEx, ดีเอชแอล, ทางอากาศ, หรือทางทะเล. หากคุณกำลังมองหาน้ำยาผสมคอนกรีตคุณภาพสูง, โปรดติดต่อเราและส่งคำถาม.
แท็ก:การเคลือบแอโรเจล, การเคลือบฉนวนความร้อน Silica Airgel, เคลือบฉนวนกันความร้อน
บทความและรูปภาพทั้งหมดมาจากอินเทอร์เน็ต. หากมีปัญหาลิขสิทธิ์ใดๆ, โปรดติดต่อเราทันเวลาเพื่อลบ.
สอบถามเรา