Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae deunyddiau Airgel wedi dangos potensial cymhwyso gwych mewn awyrofod, ynni a diogelu'r amgylchedd, inswleiddio adeiladau a meysydd eraill oherwydd eu strwythur nanoporous unigryw, dargludedd thermol isel iawn ac eiddo mecanyddol rhagorol. Fodd bynnag, mae gan aerogels lawer o baramedrau perfformiad, ac mae gan wahanol senarios cymhwysiad wahanol ofynion ar gyfer eu perfformiad allweddol. Felly, wrth ddewis deunyddiau Airgel, pa ddangosyddion perfformiad yw'r rhai mwyaf hanfodol? A yw'n ddargludedd thermol ultra-isel, cryfder mecanyddol rhagorol, neu hydroffobigedd rhagorol neu sefydlogrwydd amgylcheddol? Bydd yr erthygl hon yn dadansoddi perfformiad craidd aerogels, yn archwilio pwyntiau allweddol dewis deunydd mewn gwahanol senarios cais, ac yn rhoi awgrymiadau dethol gwyddonol ac ymarferol i ddarllenwyr i'w helpu i wneud y penderfyniadau gorau mewn ymchwil wyddonol neu arfer peirianneg.
Nghynnwys
3. Gwrthiant tymheredd uchel a arafwch fflam
The core value of aerogel lies in its ultra-low thermal conductivity (0.013–0.03 W/m·K), making it one of the best known solid-state materials for thermal conductivity, and it can effectively block three heat transfer modes: conduction, convection, and radiation. Taking silica aerogel as an example, its extremely low thermal conductivity enables it to play a key role in aerospace, energy, and other fields. For example, the Zhurong Mars rover uses aerogel to protect key components, allowing it to work stably in extreme environments ranging from -100°C to high temperatures. In the field of power batteries, the thermal conductivity of aerogel insulation pads usually needs to be controlled below 0.03 W/m·K to effectively suppress the risk of thermal runaway. However, in high temperature environments (>600 gradd), Bydd perfformiad inswleiddio thermol rhai aerogels organig yn gostwng yn sylweddol, felly mae angen defnyddio deunyddiau gwrthsefyll tymheredd uchel cyfansawdd i wella eu sefydlogrwydd tymheredd uchel. Mae'r nodweddion hyn yn golygu bod Airgel yn ddeunydd allweddol na ellir ei adfer mewn senarios ag anghenion inswleiddio thermol eithafol.
Mae priodweddau mecanyddol aerogels yn cael eu hadlewyrchu'n bennaf mewn cryfder tynnol, gwytnwch cywasgu ac ymwrthedd i dorri esgyrn, sy'n effeithio'n uniongyrchol ar eu gwydnwch a phrosesu gallu i addasu mewn cymwysiadau ymarferol. Mae aerogels pur fel arfer yn dangos disgleirdeb uchel, ac mae eu cryfder tynnol yn aml yn llai na {{{0}}. 1 MPa, sy'n anodd cwrdd â gofynion peirianneg. Felly, yn aml mae angen eu gwaethygu â deunyddiau ffibr i wella'r priodweddau mecanyddol. Er enghraifft, gall cyfansoddion Airgel a atgyfnerthwyd â ffibr aramid gynyddu'r cryfder tynnol i 1.2 MPa, ac fe'u defnyddiwyd yn llwyddiannus mewn amgylcheddau garw fel haenau inswleiddio llongau tanfor niwclear. Gall cryfder tynnol cyfansoddion airgel optimized gyrraedd 0. 5-2 MPa, a all fodloni gofynion cryfder materol adeiladu, awyrofod a meysydd eraill. Fodd bynnag, dylid nodi y gall y broses atgyfnerthu fecanyddol aberthu ei pherfformiad inswleiddio thermol rhagorol yn rhannol oherwydd lleihau mandylledd. Felly, mae angen cydbwyso'r cryfder mecanyddol a pherfformiad inswleiddio thermol yn ystod y dyluniad.
3. Gwrthiant tymheredd uchel a arafwch fflam
Mae ymwrthedd tymheredd uchel a phriodweddau gwrth -fflam aerogels yn cael eu hadlewyrchu'n bennaf yn sefydlogrwydd strwythurol y deunydd a'i allu i atal hylosgi mewn amgylcheddau tymheredd uchel. Mae aerogels o wahanol gyfansoddiadau yn dangos nodweddion ymwrthedd tymheredd sylweddol wahanol. Gan gymryd polyimide airgel fel enghraifft, gall ei wrthwynebiad tymheredd gyrraedd 600 gradd, tra gall carbon airgel aros yn sefydlog o dan amodau eithafol sy'n fwy na 3000 gradd, gan ddangos potensial ymwrthedd tymheredd uchel rhagorol. O ran priodweddau gwrth-fflam, rhaid i aerogels o ansawdd uchel fodloni manylebau caeth fel UL 94 V -0 neu adeiladu safonau amddiffyn tân i sicrhau eu diogelwch mewn senarios tân. Fodd bynnag, dylid nodi bod aerogels organig mewn perygl o ddadelfennu ar dymheredd uchel, ac fel rheol nid yw eu sefydlogrwydd cystal â sefydlogrwydd aerogels anorganig. Felly, dylid dewis y system ddeunydd yn ofalus pan gaiff ei defnyddio mewn cymwysiadau tymheredd uchel. Mae'n werth nodi y gall rhai aerogels a addaswyd yn arbennig, fel aerogels sy'n seiliedig ar seliwlos, nid yn unig gynnal eu perfformiad ar dymheredd uchel o 600 gradd, ond hefyd bod â phriodweddau bioddiraddadwy. Mae'r cyfuniad unigryw hwn yn gwneud iddo ddangos gwerth cymhwysiad pwysig mewn meysydd sy'n dod i'r amlwg fel llechwraidd is -goch.
Effeithir yn bennaf ar gost a scalability aerogels gan gost cynhyrchu deunydd, y potensial ar gyfer graddfa i fyny, ac aeddfedrwydd y gadwyn gyflenwi. Mae'r diwydiant yn dal i wynebu'r her o gydbwyso costau uchel â diwydiannu. Fel dull paratoi traddodiadol, mae cost sychu supercritical yn cyfrif am hyd at 40% o gyfanswm y gost, tra gall y dechnoleg sychu atmosfferig sy'n dod i'r amlwg leihau'r gost cynhyrchu tua 30%, gan ddarparu'r posibilrwydd ar gyfer cymhwyso ar raddfa fawr. Mae Tsieina wedi dod yn wlad sydd â'r gallu cynhyrchu Airgel mwyaf yn y byd, gyda chynhwysedd cynhyrchu o 500, 000 metr ciwbig yn 2023, ond mae'n dal i ddibynnu ar fewnforion ym maes cynhyrchion pen uchel, gan adlewyrchu'r bwlch rhwng lefel y diwydiannu a thechnoleg graidd. Mae'n werth nodi, er bod atebion cost isel wedi gwella effeithlonrwydd economaidd, eu bod yn aml yn dod ar draul cysondeb perfformiad materol. Mae cwmnïau blaenllaw rhyngwladol fel Aspen Airgel wedi llwyddo i gyflawni cynhyrchu ar raddfa fawr trwy dechnoleg gyfansawdd ffibr, gan gadw costau ar $ 50\/metr sgwâr, gan ddarparu llwybr diwydiannu cyfeiriol i'r diwydiant, ond sut i leihau costau ymhellach wrth sicrhau bod perfformiad yn dal i fod yn fater allweddol ar gyfer cymhwysiad masnachol ar raddfa fawr o aerogels.
Adlewyrchir gofynion cymhwysiad aerogels mewn optimeiddio perfformiad wedi'i addasu ar gyfer gwahanol senarios defnydd, megis gofynion swyddogaethol arbennig fel amsugno sain, cysgodi electromagnetig neu sefydlogrwydd cemegol. Ym maes awyrofod, ysgafn yw'r galw craidd, ac fel rheol mae'n ofynnol i ddwysedd yr aerogels fod yn llai nag 1 0 0 kg\/m³, tra bod cymwysiadau pensaernïol yn talu mwy o sylw i rwyddineb prosesu materol, ac yn aml mae'n ofynnol i erogels gael eu rhagflaenu i ffurflen hon ar gyfer ffurflen hawdd ei hadeiladu. Er mwyn cyflawni'r swyddogaeth cysgodi electromagnetig, mae angen ychwanegu llenwyr dargludol at y Airgel, ond mae hyn fel arfer yn dod ar draul rhywfaint o berfformiad inswleiddio thermol. Mae'n werth nodi bod strwythur nanoporous aerogels yn rhoi perfformiad amsugno sain rhagorol iddo, gyda chyfernod amsugno sain o hyd at 0.95 (2000 Hz). Mae'r nodwedd hon wedi'i chymhwyso'n llwyddiannus i olygfeydd sydd angen lleihau sŵn, megis cerbydau rheilffyrdd cyflym. Fodd bynnag, er y gall integreiddio sawl swyddogaeth i un deunydd Airgel ehangu cwmpas y cymhwysiad, mae'n anochel y bydd yn cynyddu cymhlethdod y broses baratoi a'r gost gyffredinol, sydd wedi dod yn brif dagfa sy'n cyfyngu cymhwysiad masnachol aerogels amlswyddogaethol yn fasnachol.
Mae deunyddiau Airgel, gyda'u dargludedd thermol ultra-isel, strwythur hydraidd ysgafn, ac eiddo mecanyddol a swyddogaethol addasadwy, wedi dangos gwerth cymhwysiad anadferadwy mewn meysydd ymyl torri fel awyrofod, egni newydd, ac inswleiddio adeiladau. Fodd bynnag, mae eu dewis gwirioneddol yn gofyn am ystyried ffactorau aml-ddimensiwn yn gynhwysfawr fel dargludedd thermol, cryfder mecanyddol, ymwrthedd tymheredd a arafwch fflam, cost-effeithiolrwydd, a gofynion swyddogaethol senarios penodol. Yn y dyfodol, gyda datblygiadau arloesol mewn technolegau paratoi cost isel fel sychu gwasgedd atmosfferig, ac optimeiddio prosesau atgyfnerthu fel cyfansoddion ffibr a nano-addasu, disgwylir i ddeunyddiau ffon awyr gyflawni mwy o ddatblygiadau arloesol yn y cydbwysedd rhwng perfformiad a chost, a hyrwyddo eu cymhwysiad graddfa fawr mewn meysydd diwydiannol. Bydd sut i baru gofynion cais yn gywir yn y cam dylunio deunydd yn dod yn fater craidd o bryder cyffredin i ymchwil a diwydiant gwyddonol.