Ένα κεραμικό αερογέλη που αποτελείται από νανοκρυστάλλους και είναι ενσωματωμένο σε μια μήτρα για χρήση σε εφαρμογές θερμομόνωσης

Φύση (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04784-0″ width=”800″ height=”530″/>

Σχεδιασμός πολλαπλής κλίμακας ενός υποκρυσταλλικού κεραμικού νανοϊνώδους αεροτζελ. α, Τρόποι παραμόρφωσης και αντίστοιχα ν και α κυψελών κρυσταλλικών (C), άμορφων (Α) και υποκρυσταλλικών (Η) κεραμικών ινών υπό μηχανικές και θερμικές διεγέρσεις. Η έγχρωμη γραμμή κλίμακας υποδεικνύει τη μεταβολή του κεραμικού από άμορφο σε κρύσταλλο χρησιμοποιώντας ένα τοπικό δακτυλικό αποτύπωμα που βασίζεται στην εντροπία για να χαρακτηρίσει την κρυσταλλικότητα κάθε ατόμου στο προσομοιωμένο σύστημα. β, Απεικόνιση του σχεδιασμού της ζιγκ-ζαγκ αρχιτεκτονικής που βασίζεται σε υποκρυσταλλικό ινώδες κεραμικό. Οι μονάδες των έγχρωμων ράβδων κλίμακας είναι χιλιοστά, παρουσιάζοντας απόλυτες τιμές μετατόπισης στον υπολογισμό των ν και α. Οι τριγωνικές, τετράγωνες και πενταγωνικές κυψέλες είναι οι δομικές μονάδες για τη συναρμολόγηση της ινώδους δομής της αερογέλης. Πίστωση: Φύση (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04784-0

Μια ομάδα ερευνητών από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Harbin της Κίνας, μαζί με έναν συνάδελφό τους στις Ηνωμένες Πολιτείες, ανέπτυξαν έναν νέο τύπο αερογέλης για χρήση σε εφαρμογές εύκαμπτων θερμομονωτικών υλικών. Στο άρθρο τους που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Φύσηη ομάδα περιγράφει πώς έφτιαξαν το αεροτζέλ τους και πόσο καλά απέδωσε όταν εφαρμόστηκε υπερβολική ζέστη.


Προηγούμενη εργασία έχει δείξει ότι τα αερογέλη κατασκευάζονται με χρήση κεραμικά υλικά λειτουργούν πολύ καλά ως θερμομονωτές – οι πολύ χαμηλές πυκνότητες τους χαμηλή θερμική αγωγιμότητα. Αλλά αυτά τα υλικά είναι εύθραυστα, γεγονός που τα καθιστά μη διαθέσιμα για χρήση σε εφαρμογές εύκαμπτων υλικών, όπως οι στολές πυροσβεστών. Τείνουν επίσης να αποσυντίθενται όταν εκτίθενται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Σε αυτή τη νέα προσπάθεια, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια μέθοδο για την κατασκευή ενός κεραμικού με βάση αερογέλης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ευέλικτες εφαρμογές και που δεν αποσυντίθεται όταν εκτίθεται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες.

Για να δημιουργήσουν το airgel τους, οι ερευνητές ακολούθησαν μια νέα προσέγγιση – έσπρωξαν έναν πρόδρομο ζιρκονίου-πυριτίου, χρησιμοποιώντας μια πλαστική σύριγγα, μέσα από έναν τυρβώδη θάλαμο ροής αέρα – μια προσέγγιση ηλεκτροϊνοποίησης που παρήγαγε ένα κεραμικό υλικό που μοιάζει με μαλλί της γριάς. Στη συνέχεια, λύγισαν το προκύπτον υλικό σε ένα σχέδιο ζιγκ-ζαγκ και το θερμάνουν στους 1100°C. Η θέρμανση του με αυτόν τον τρόπο άλλαξε την υφή του υλικού από υαλώδη κατάσταση σε νανοκρύσταλλο. Η μελέτη του προκύπτοντος υλικού χρησιμοποιώντας ένα φασματοσκόπιο έδειξε ότι η προσέγγισή τους είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός υλικού με νανοκρυσταλλικά κομμάτια ενσωματωμένα σε μια άμορφη μήτρα ζιρκονίου – μια εύκαμπτη αερογέλη κατασκευασμένη από κεραμικό που δεν ήταν επιρρεπές σε αποσύνθεση σε υψηλές θερμοκρασίες.

Οι ερευνητές δοκίμασαν το υλικό χρησιμοποιώντας το για τη μόνωση ενός σωλήνα καυσίμου αεροπλάνου και εφαρμόζοντας έναν πυρσό βουτανίου για πέντε λεπτά. Διαπίστωσαν ότι η χρήση ενός γενικού φραγμού πολυιμιδίου επέτρεψε τις θερμοκρασίες στο σωλήνα να φτάσουν τους 267°C, ενώ ένα συμβατικό αερογέλη διατηρούσε τη θερμοκρασία στους 159°C και το νέο πήκτωμα τη διατήρησε μόλις στους 33°C. Διαπίστωσαν επίσης ότι το υλικό ήταν εύκαμπτο αρκετά ώστε να επιτρέπεται η χρήση σε μαλακά υφάσματα, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΑ ΡΟΥΧΑ για τους πυροσβέστες.


Το ενσωματωμένο ξύλο με αερογέλη παρέχει καλύτερη μόνωση από τα υπάρχοντα υλικά με βάση το πλαστικό


Περισσότερες πληροφορίες:
Jingran Guo et al, Υποκρυσταλλικά κεραμικά αερογέλη για θερμομόνωση υπό ακραίες συνθήκες, Φύση (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04784-0

© 2022 Science X Network

Παραθέτω, αναφορά: A Ceramic Airgel made with Nanocrystals and Embedded in a Matrix for Use in Thermal Insulation Applications (2022, 1 Ιουλίου) Ανακτήθηκε στις 2 Ιουλίου 2022 από τη https://phys.org/news/2022-07-ceramic -aerogel-nanocrystals- embedded-matrix.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από την ορθή χρήση για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημέρωση.

READ  Η κάμερα με δυνατότητα μεγέθυνσης του Perseverance rover ελέγχει τον κόκκινο πλανήτη - Spaceflight Now

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.