معرفی آئروژل ها؛خواص و کاربرد

(قسمت دوم)

قسمت اول

کوچک ترین حفره های آئروژل به 10 نانومتر می رسد. این ساختارها برای اولین بار توسط سامونل در سال 1931 ساخته شد. آئروژل ها از مواد مختلفی ساخته شده اند، اما آئروژل های سیلیکونی بهترین آن ها هستند. آئروژل های سیلیکونی بسیار کم تراکم هستند و 96 درصد تخلخل دارند. به خاطر همین تفاوت خصوصیات فیزیکی آئروژل نسبت به سایر مواد بسیار چشم گیر است. قابلیت هدایت حرارتی آئروژل یک صدم تا یک هزارم شیشه های سیلیکونی 5/1 است. در داخل آئروژل سرعت صدا به 100 تا 300 متر بر ثانیه می رسد که این مقدار در شیشه سیلیکونی 5000 متر بر ثانیه است. آئروژل ها مصارف و کاربردهای متنوعی دارند و نباید صرفاً برای مصارف خانگی تصور شوند. آن ها می توانند در جاهایی که منع جریان های آتش و صوت مورد نیاز است، بهبود حاصل کنند و معمولاً کوچک تر و سبک تر از روش های عایق بندی متداول هستند.

انواع آئروژل ها

1- آئروژل های معدنی که شامل سیلیکا آئروژل ، آلومینا آئروژل  و.... هستند.

2- آئروژل های آلی

3- آئروژل های کربنی

4- آئروژل های هیبریدی

آئروژل معدنی

تقریبا همه فلزات یا اکسیدهای نیمه هادی می توانند به فرم ژل تبدیل شوند و در نهایت آئروژل ها سنتز می شوند. علاوه بر آئروژل های سیلیکا، آئروژل های معدنی بر پایه تیتانیوم، زیرکونیوم، قلع، آلومینیوم، وانادیوم، کروم، آهن، تانتانیوم، مولیبدن، نئوبیوم در مقادیر کم سنتز شده اند. همچنین آئروژل های اکسیدی دوتایی (binary) یا سه تایی  (temary) نیز ساخته می شوند که یکی از معایب این ترکیبات شکننده بودن آنها است. این شکنندگی به دلیل طبیعت سرامیکی این ترکیبات است. اولین ژل های معدنی که در شرایط اسیدی سنتز شدند، سیلیکاژل ها بودند که بوسیله ابیلمین در سال 1846 تهیه شدند. ژل های طبیعی با ماهیت آلی در دنیای امروز معمولترند.

آئروژل های آلی

سنتز آئروژل هایی از قبیل پلیمرهای آلی نیز امکان پذیراست به این منظور مونومرهای چند عاملی در یک محلول رقیق پلیمره می شوند. آئروژل های آلی نسبت به آئروژل های معدنی شکنندگی کمتر دارند.

در واقع پیش ماده های آلی که می توانند پلیمرهای آلی با پیوند کوالانسی قوی (C-C) تولید کنند، سنتز دسته جدیدی از آئروژل های یکپارچه را ممکن ساخته است. بیشترین موادی که برای تهیه این آئروژل ها استفاده می شوند، رزوسینول-فرمالدهید یا ملامین-فرمالدهید هستند.

این آئروژل ها از تراکم (Condensation) رزورسینول یا ملامین یا فرمالدهید در محلول آبی قلیایی که (اغلب سدیم هیدروکسید یا سدیم هیدروژن کربنات به عنوان کاتالیست) تهیه می شوند.

این دسته از آئروژل ها کاربردهای بسیار سودمندی دارند. آنها می توانند با پلی اورتان ها بهم پیوسته، به پلی اوره ها و ... تبدیل شوند. از این آئروژل ها در مواد عایق هم در خلا و هم در شرایط محیط استفاده می شود. این آئروژل ها شفاف نیستند اما عایق های حرارتی خوبی هستند.

آئروژل های کربنی

آئروژل ها کربنی اولین بار در سال 1990 ساخته شدند. این آئروژل ها اغلب از گرماکافت (Pyrolysis) آئروژل های آلی در درجه حرارت های بالاتر از 500 درجه سانتی گراد بدست می آیند. با این روش، آئروژل های آلی به شبکه کربن هادی الکتریسته تبدیل می شوند. آئروژل های کربنی بدست آمده در طول گرماکافت، مساحت سطح و حجم بالای خلل و فرج های خود را حفظ می کنند. طی پیرولیز در دمای زیر 1000 درجه سانتی گراد، تعداد میکروپرزها بسیار افزایش می یابد. بنحوی‌که بزرگترین مساحت سطح در حدود دمای 600 درجه سانتی گراد بدست می آید. در دمای بالاتر از 2100 درجه سانتی گراد حجم حفرات به صفر می رسد، که بیانگر تشکیل حفرات بسته است.

آئروژل های هیبریدی:

محققان تلاش می کنند تا با سنتز مواد هیبریدی آلی – معدنی، گستره مواد را توسعه دهند. لذا آئروژل های هیبریدی در دستور کار آنها قرار دارد.

وارد کردن ساختار آلی به زمینه سیلیکا آئروژل ها باعث بهبود خواص آبگریزی و الاستیکی آنها می شود.

سنتز این قبیل هیبریدها غالباً از طریق سل-ژل است. آئروژل های یکپارچه آلی در دمای اتاق هدایت گرمایی به بزرگی سیلیکا آئروژل دارند.

مزیت مهم آئروژل‌های هیبریدی در مقایسه با سیلیکا آئروژل ها این است که کمتر شکننده هستند.

ادامه دارد...

منبع: edu.nano- aerogel- aerogeltechnologies-nano -gizmag

مقاله آئروژل ها وکاربرد آن درحوزه های مختلف-مرتضی سلطان دهقان

نرم افزار nanopolis

کتاب آشنایی با فناوری نانو(2)-سلیمی،طاهری،احمدوند