AirGel on tüüpiline nanopoorne tahke materjal, mille poorsus on üle 8 0% ja tihedus nii madala kui 0,003 g\/cm3. Seda tuntakse "kerge revolutsiooni" esindajana selle äärmiselt kergete omaduste tõttu. Võrreldes traditsiooniliste materjalidega nagu vahtplast ja mineraalvill, on Airgelil olulised eelised soojusisolatsioonis, heliisolatsioonis ja kaalukontrollis. Traditsioonilistel aerogeelidel on aga kitsaskohad, näiteks kõrge rabedus, lihtne varisemine kõrgel temperatuuril ja madal mehaaniline tugevus. Viimastel aastatel on ehitusdisaini ja mitmefaasiliste materjalide komposiitide kaudu saavutanud aerogeelide uus põlvkond läbimurde termilise stabiilsuse, mehaaniliste omaduste ja rakendusega kohanemisvõime alal, reklaamides seda laborist laiemale insenerirakenduste hulka.
Sisu
1. peamised eelised: tulemuslikkuse läbimurde teaduslik alus
1.1 Mehaaniline jõudlusinnovatsioon: rabedusest elastsuseni
1.2 Termiline isolatsiooni jõudlus äärmuslikes keskkondades
1.3 Multifunktsionaalne integratsioon laiendab rakenduse piire
2. industrialiseerimine läbimurre: kulude vähendamine ja suuremahuline tootmine
2.1 Protsessi innovatsioon juhib kulude vähendamist
2.2 Tööstusahela koostöös
3. rakenduse stsenaariumid ja tulevased suundumused
4. Järeldus: määratlege materjalide piirid uuesti
1. peamised eelised: tulemuslikkuse läbimurde teaduslik alus
1.1 Mehaaniline jõudlusinnovatsioon: rabedusest elastsuseni
Viimastel aastatel on aerogeelid teinud olulisi uuendusi mehaaniliste omaduste alal, murdes edukalt läbi traditsiooniliste materjalide piirangud, mis on "kerged ja rabedad". Wang Hongjie uurimisrühm Xi'an Jiaotongi ülikoolis tutvustas sic-nanojuhtmeid, et konstrueerida anisotroopse mitmetasandilise pooride struktuur, mis tegi materjali aksiaalsuunas kõrgemale jäikusele (oluliselt täiustatud spetsiifiline moodul) ja näitas radiaalsuunas suurepärast tihendus elastsust. Harbini tehnoloogiameeskond kasutas nanokiudude korraldamiseks korrapärase kolmemõõtmelise elastvõrgu moodustamiseks elektrivälja induktsioonitehnoloogiat, lahendades tõhusalt minevikus juhuslike pooride põhjustatud mehaanilise hapruse probleemi. Struktuurilise optimeerimise toel suudab uus põlvkond aerogeelide põlvkond taluda rohkem kui 50% -lise survetehingut ja saavutada hea tagasilöögi ning suudab töötada stabiilselt keerulises mehaanilises vibratsioonikeskkonnas.
Termilise jõudluse osas on süstemaatiliselt paranenud ka lennunduse soojus isolatsiooni mahtu. Konstrueerides mitmetasandilise termilise takistusstruktuuri, blokeerivad selle nanopoorid tõhusalt soojuskonvektsiooni, samas kui tahke skelett vähendab soojusjuhtivust märkimisväärselt, muutes soojusjuhtivuse nii madalaks kui 0. {0 16–0,027 w\/(m · k). Uued materjalid, mida esindab räni karbiidi õhugeel, võivad endiselt säilitada struktuuri stabiilsuse laias temperatuurivahemikus -200 kraadi kuni 1100 kraadi, näidates suurepärast termilist stabiilsust ja ilmastikukindlust. Praegu on seda tüüpi materjali kasutatud kosmoselaevade isolatsioonikihtides atmosfääri uuesti sisenemise ajal kõrge temperatuurilöögi vastu ja seda kasutatakse ka liitiumaku aku tulekindlates isolatsioonilehtedes, et pärssida termilise põgenemise levikut, pakkudes võtmekaitset ohutuks energiasalvestuseks.
1.3 Multifunktsionaalne integratsioon laiendab rakenduse piire
Lisaks jätkavad lennundused oma rakenduse piiride laiendamist multifunktsionaalse integreerimise osas. Selle suurepärane keemiline stabiilsus muudab selle laialdaselt kasutatavaks soojusisolatsiooniprojektides söövitavates keskkondades, näiteks keemilistes torustikes; Kiudkonstruktsiooni kujundus suurendab helilainete hajumis- ja imendumisvõimalusi, muutes selle sobivaks müra vähendamiseks ehituses ja raudtee transiidil; Rõinumatel uurimistöödel, näiteks Hiina teaduse ja tehnoloogia ülikooli välja töötatud süsiniku kevadise õhugeel, on dünaamilised elektromagnetilise laine imendumisvõimalused, saavutades termilise kaitse ja varjatud jõudluse kahesuguse integreerimise, edendades veelgi aerogeelide arengut intelligentsete reageerivate materjalide suhtes.
2. industrialiseerimine läbimurre: kulude vähendamine ja suuremahuline tootmine
2.1 Protsessi innovatsioon juhib kulude vähendamist
Aerogeelide industrialiseerimise kiirendamise võti seisneb tootmiskulude pidevas vähendamises ja suuremahuliste tootmistehnoloogia küpsuses. Esiteks võib protsessitasandil traditsiooniline ülekriitiline kuivatamine, mis tugineb kõrgele kuludele ja kõrge energiatarbimisele, saada kõrge puhtusastmega tooteid, kuid see piirab industrialiseerimise edendamist. Viimastel aastatel on atmosfäärirõhu kuivatamise tehnoloogia läbimurre märkimisväärselt parandanud ettevalmistamise tõhusust ja sellel on tugevam potentsiaal. Samal ajal nihkuvad toorained ka madalate kulude poole. Biopõhised aerogeelid (näiteks bakteriaalne tselluloos) asendavad järk-järgult mõnda traditsioonilist kõrge hinnaga toorainet, mis ei suuda mitte ainult kulusid vähendada ja tõhusust suurendada, vaid ka head jätkusuutlikkust, pannes aluse rohelisele tootmisele.
2.2 Tööstusahela koostöös
Teiseks edendab Airgeli tööstuse ahela ühist paigutust tootmise üldise tõhususe ja majanduse paranemist. Ühelt poolt, ehitades suletud tööstusahela, on silane toorainetootjad ja Airgeli ettevalmistamisettevõtted ühendatud üles- ja allavoolu, vähendades märkimisväärselt toorainetranspordi kahjusid ja kulusid ning vahepealseid töötlemisühendusi; Teisest küljest on järk -järgult tekkinud skaala tootmisefekt ja aastase tootmisvõimsuse üle 100, {1}} kuupmeetrit on muutumas tööstusstandardiks. Püsikulude lahjendades vähendab see tõhusalt tooteühiku hinda, pakkudes majanduslikku teostatavust lennunduse laialdase kasutamise jaoks ehituses, energias, kosmoses ja muudes põldudes.
3. rakenduse stsenaariumid ja tulevased suundumused
Airgel saavutab läbimurde mitmel võtmevaldkonnas tänu suurepärasele soojusiolatsioonile, leegi aeglustumisele ja kergetele omadustele. Uue energia valdkonnas kasutatakse AirGelit laialdaselt võimsusakude tulekindlates ja soojuseisolatsioonipadjades, pärssides tõhusalt termilise põgenemise levikut, vähendades samal ajal kaalu rohkem kui 30%, mis aitab parandada elektrisõidukite üldist energiatõhusust. Hooneenergia säästmise osas pakuvad Airgeli klassi A-tulekindlad paneelid ja soojuse isolatsioonikatted paremaid isolatsioonilahendusi suure tihedusega linnaruumide jaoks, millel on nende ultra-õhkus. Lennunduse valdkonnas on selle kasutamine kosmoselaevade termiliste kaitsekihtides ja satelliidi soojustuskomponentides näidanud pikaajalist stabiilset struktuurset jõudlust äärmiselt kõrge ja madala temperatuuriga keskkonnas ning sellest on saanud üks termiliste kontrollmaterjalide põhikandidaate.
Tulevikku vaadates jätkab Airgeli areng rohelise, intelligentse ja odavate kulude suunas. Ühest küljest on biopõhine Airgel muutumas teadus- ja arendustegevuse levialaks. Uutel taastuvate ressursside, näiteks tselluloosi ja kitiini abil välja töötatud materjalidel pole mitte ainult head soojusisolatsiooni omadused, vaid need võivad märkimisväärselt vähendada süsinikujalajälgi ja soodustada jätkusuutlikku tootmist. Teisest küljest on intelligentsuse suundumus järk -järgult ilmne. Mikroandurite manustamisega aerogeelidesse on võimalik saavutada selliste peamiste parameetrite, näiteks temperatuuri ja deformatsiooni reaalajas jälgimine, pakkudes andmete tuge kõrge turvalisusega stsenaariumide, näiteks lennunduse ja energia jaoks. Lisaks väheneb Airgeli kulud pideva optimeerimisega pidevalt ja eeldatavasti langeb see 2025. aastaks vähem kui RMB 1, 000 kuupmeetri kohta, mis kiirendab selle populariseerimist ja rakendamist laiemas valdkondades.
4. Järeldus: määratlege materjalide piirid uuesti
Uute aerogeelide tõus ei tähenda mitte ainult materiaalse tehnoloogia iteratsiooni, vaid määratleb ka tahkismaterjalide jõudluspiirid kerge, sitkuse ja multifunktsionaalse integratsiooni osas. See rikub kompromissi tõkked tugevuse ja tiheduse, soojus isolatsiooni ja traditsiooniliste materjalide paindlikkuse vahel ning saavutab tulemuslikkuse mitmemõõtmelise sünergilise läbimurde. Tuleviku põhimaterjalina aitavad aerogeelid saavutada süsiniku neutraalsuse eesmärke, et ehitada energiapüüdTavaline, pakkudes akusüsteemidele kõrge ohutuskaitset ja ehitades stabiilse kaitseliini äärmuslikes keskkondades sügava kosmose uurimiseks. Kuna selle industrialiseerimisprotsess kiireneb, ehitavad Aerogelid silla rohelise tootmise ja suure jõudlusega rakenduste vahel, viies uue põlvkonna funktsionaalsete materjalide arengusuunda.