Aerogel: Swyn hynod deunydd hudolus
Ar 650 gradd, mae'r gwn chwistrellu fflam yn parhau i chwistrellu fflam, ond ni all danio cragen cardbord wedi'i orchuddio'n arbennig; Dim ond wedi'i wahanu gan haen o ffilm, mae'r llaw yn pwyso ar y bwrdd poeth yn ddigon poeth i "bobi", ond dim ond ychydig o gynhesrwydd y gall deimlo; Mae'n ffurfio "ffilm amddiffynnol" anweledig ar y llaw sy'n caniatáu i'r dŵr "popio" mewn amrantiad... Mae hyn i gyd fel ffenomen "hud wyddonol", i gyd o ddeunydd newydd sy'n dal mwy na dwsin o Recordiau Byd Guinness - aerogel.
Er mwyn rhoi syniad mwy greddfol i chi o ryfeddodau aerogel, gadewch i ni wneud ychydig o arbrofion cymharu. Yn gyntaf, gosodir y deunydd aergel o'r un trwch a'r deunydd inswleiddio traddodiadol (fel rockwool, silicad, ac ati) mewn dwy siambr amgylcheddol tymheredd uchel union yr un fath, y mae eu tymheredd wedi'i osod ar 650 gradd. Cafodd y newidiadau tymheredd ar y tu allan i'r ddau ddeunydd eu monitro mewn amser real gan ddefnyddio delweddwr thermol dros yr un 1-cyfnod o awr. Fe welwch fod tymheredd allanol y deunydd traddodiadol yn codi'n gyflym, ac nid yw'n hir cyn bod dadffurfiad, mwg, ac ati, tra bod tymheredd allanol y deunydd aergel prin yn newid yn sylweddol, ac mae bob amser yn cael ei gadw'n isel. Mae hyn yn dangos yn llawn bod yr aergel ymhell y tu hwnt i briodweddau insiwleiddio thermol deunyddiau traddodiadol.
Edrychwch ar y cyferbyniad rhwng airgel a sylweddau solet cyffredin (fel metel, pren, ac ati). Os dewiswch ddarn o fetel gyda'r un cyfaint â'r flanced inswleiddio aergel a'i bwyso ar wahân, fe welwch fod pwysau'r aergel yn llawer ysgafnach na phwysau'r bloc metel, sy'n tynnu sylw at nodweddion ysgafn iawn yr aerogel. Yna cânt eu gosod ar yr un pryd ar blât gwresogi wedi'i osod i 200 gradd. Yn ystod y broses wresogi, defnyddiwch thermomedr i fesur pa mor gyflym y mae'r tymheredd yn codi ar wyneb y ddau sylwedd, a bydd y canlyniadau'n eich synnu. Mae tymheredd yr arwyneb metel yn codi'n gyflym, tra bod tymheredd yr wyneb aergel yn codi'n araf iawn, sy'n dangos gallu inswleiddio thermol ardderchog yr aerogel, mewn cyferbyniad llwyr, fel y gallwch chi deimlo hud yr aergel yn ddyfnach.
Gan ddal gwn chwistrellu fflam ar dymheredd o hyd at 650 gradd, anelwch at gragen cardbord cyffredin, ac mewn amrantiad, bydd y gragen papur yn llosgi, bydd y fflam yn lledaenu'n gyflym, a bydd y gragen cardbord yn cael ei leihau i ludw mewn dim ond tua. 20 eiliad.
Fodd bynnag, pan gafodd y gragen cardbord ei orchuddio â haen denau o "baent hud" tryloyw (hy cynhyrchion sy'n gysylltiedig â airgel) a'i losgi eto gyda gwn fflam 650 gradd, roedd y sefyllfa'n dra gwahanol. Y tro hwn, nid yn unig y cafodd y gragen cardbord ei danio, ond nid oedd bron unrhyw olion o'r fflam yn llosgi, gan adael dim ond haen o bowdr gronynnog gwyn ar ei wyneb. Os ydych chi'n cyffwrdd â chefn y papur, ni allwch deimlo'r gwres o gwbl. Yn ôl y staff, mewn amgylchedd tymheredd uchel o 650 gradd, gall wrthsefyll llosgi am fwy na 3 awr heb gael ei niweidio.
Yn yr arbrawf hwn, ceisiodd gwres y fflam ymledu i'r gragen gardbord, ond roedd y gorchudd aergel yn gweithredu fel rhwystr anorchfygol, gan gadw'r gwres allan yn ddidrugaredd. Gall fflamau amgylchynu'r gragen cardbord yn ddiogel, fel pe bai gan hud, sy'n arddangosiad byw o briodweddau insiwleiddio thermol anhygoel aerogel.
Mae'r ail "hud" yn ymwneud â dŵr. Mewn un tanc, mae haen o "powdr hud" nad yw'n toddi (gronynnau aerogel) wedi'i atal yn gadarn uwchben y dŵr. Cyrhaeddodd y gohebydd drwy'r powdr i'r gwaelod, a theimlai yn ebrwydd fod yr holl law wedi ei socian â dwfr. Ond pan dynodd ei law allan, synnai wrth ganfod nad oedd diferyn o ddwfr ynddi. Yn dilyn hynny, rhoddwyd y llaw hon mewn pyllau eraill lawer gwaith, neu hyd yn oed ei olchi'n uniongyrchol â dŵr, ac roedd y llaw gyfan bob amser yn ymddangos fel pe bai wedi'i lapio mewn "ffilm amddiffynnol" anweledig a allai "popio" yr holl ddŵr.
Mae'r eiddo gwrth-ddŵr hwn o aergel oherwydd ei briodweddau arwyneb arbennig. Mae ei ficrostrwythur yn ei gwneud hi'n anodd i foleciwlau dŵr gadw ato, ac yn lle hynny mae'n ffurfio defnynnau sy'n cwympo i ffwrdd, yn union fel yr effaith hunan-lanhau ar wyneb y ddeilen lotws.
A allwch chi gredu y gall llaw ddynol gyffwrdd â gwrthrych uwchlaw 100 gradd heb gael ei losgi?
Mae'r trydydd "hud" yn canolbwyntio ar "gwres." Mewn bwrdd poeth a all wneud berwi dŵr oer ac anweddu ar unwaith, lledaenu haen o "ffilm hud" (papur inswleiddio aerogel), gwasgodd y gohebydd ei law arno yn nerfus, ac yn syndod, dim ond ychydig o gynhesrwydd a deimlai.
Technoleg: Ymchwil a datblygu dulliau paratoi sy'n arwain y byd
Y tu ôl i'r "paent hud", "powdr hud" a "hud" anhygoel hyn, mewn gwirionedd, maent yn dod o fath o Guinness World Records gyda mwy na 10, a chanmolodd y cylchgrawn Science fel "y deunydd hud a all newid y byd" - aerogel.
Dywedodd peiriannydd cymorth diwydiant deunydd newydd o Coon wrth gohebwyr mai airgel yw'r deunydd solet ysgafnaf y gwyddys amdano yn y byd ar hyn o bryd, a dyma hefyd y deunydd solet mwyaf rhagorol yn y byd gydag inswleiddio thermol a pherfformiad amddiffyn rhag tân.
Beth sy'n gwneud airgel mor anhygoel? Eglurodd y peiriannydd gyda'r gyfatebiaeth o "candy cotwm."
Nododd y peirianwyr fod y berthynas rhwng yr aergel a'r tywod (silica yn bennaf) yn debyg i'r berthynas rhwng malws melys a siwgr gwyn. Mae ei insiwleiddio thermol a'i briodweddau gwrth-fflam mor ardderchog oherwydd bodolaeth nifer o dyllau nanoraddfa yn ei strwythur moleciwlaidd, gyda mandylledd o fwy na 95%. Mae'r tyllau nanoscale hyn yn debyg i "ddrysfa inswleiddio gwres" yn y byd microsgopig, lle mae gwres yn cael ei adlewyrchu a'i wasgaru'n gyson wrth iddo deithio, gan ei gwneud hi'n anodd dargludo'n esmwyth, fel bod dargludedd thermol yr aergel yn hynod o isel, a gall gyflawni effaith inswleiddio thermol tebyg i wactod. "Mae'r tyllau yn y malws melys yn weladwy i'r llygad noeth, tra bod y tyllau yn yr aergel yn nanoscale, 1,000 gwaith yn llai na diamedr blewyn dynol."
Er gwaethaf eu priodweddau rhagorol, mae'n anodd cael aerogels.
Mae paratoi aergel traddodiadol yn gofyn am ddull "paratoi sychu supercritical", y mae'n rhaid ei baratoi dros sawl diwrnod o dan dymheredd a phwysau uchel. Mae hyn yn arwain at lawer o broblemau megis cost mewnbwn offer uchel, llif proses gymhleth, allyriadau llygredd difrifol, ac ati, sy'n gwneud ei gost cynhyrchu yn parhau'n uchel. Felly, defnyddir cynhyrchion airgel yn bennaf mewn meysydd allweddol megis awyrofod.
Yn wyneb y sefyllfa hon, mae'r tîm arloesi dan arweiniad Xie Yi, academydd yr Academi Gwyddorau Tsieineaidd ac athro Prifysgol Gwyddoniaeth a Thechnoleg Tsieina, ar ôl degawdau o ymdrechion di-baid, wedi datblygu dull paratoi aergel blaenllaw'r byd yn annibynnol - " dull sychu pwysau atmosfferig aergel diogelu'r amgylchedd". Gall y dull hwn leihau cost paratoi aerogel yn fawr, hyrwyddo diwydiannu cynhyrchion aergel yn fwy llyfn, a'u gwneud yn wirioneddol yn mynd i mewn i'n bywyd bob dydd.
Cais: Adeiladu "cot dân"
Ym maes adeiladu, mae cymhwyso airgel wedi cyflawni canlyniadau rhyfeddol. Er enghraifft, mewn adeilad masnachol mawr, mae'r defnydd o ynni blynyddol ar gyfer oeri a gwresogi yn eithaf mawr pan na ddefnyddir inswleiddiad aergel, ac mae costau trydan yn cyfrif am gyfran sylweddol o'r costau gweithredu. Ar ôl addasu deunyddiau inswleiddio aergel, trwy fonitro defnydd ynni trylwyr ac ystadegau, canfyddir bod y defnydd o ynni blynyddol mewn oeri a gwresogi yn cael ei leihau'n fawr, ac mae'r gwariant trydan cyfatebol hefyd yn cael ei leihau'n sylweddol.
Mae lefel y defnydd o ynni yn sylweddol is na lefel adeiladau masnachol tebyg yn y cyffiniau nad ydynt yn defnyddio inswleiddio aergel, ac mae'r arbedion ynni yn amlwg.
Mae hyn yn bennaf oherwydd perfformiad rhagorol haenau inswleiddio adeiladau aergel. Dim ond gorchudd tenau o 2 i 5 mm sydd ei angen arno i gyflawni'r effaith tymheredd cyson o ddeunydd inswleiddio cyffredin 40 i 60 mm, a thrwy hynny leihau defnydd ynni'r ystafell gan fwy na 30%. Mae'r gallu inswleiddio hynod effeithlon hwn nid yn unig yn arbed costau gweithredu sylweddol i berchnogion adeiladau, ond hefyd yn gwneud cyfraniad cadarnhaol at leihau'r defnydd cyffredinol o ynni yn y sector adeiladu yng nghyd-destun eiriolaeth y gymdeithas gyfan o arbed ynni a lleihau allyriadau.
Mae Zhejiang Runfew New Material Co, Ltd wedi chwarae rhan anhepgor yn y broses hon. Mae ei gynhyrchion cyfres airgel a ddatblygwyd yn ofalus yn parhau i chwistrellu bywiogrwydd newydd i faes cadwraeth ynni adeiladu, yn helpu mwy o adeiladau i sicrhau inswleiddio effeithlonrwydd uchel ac arbed ynni a lleihau defnydd, a gwneud i'r deunydd hudol hwn aergel chwarae mwy o werth ym maes adeiladu.