एयरजेल भनेको के हो?

एयरजेलको जन्म

१९३१ मा, किस्टलरले अल्कोहलयुक्त सुपरक्रिटिकल सुकाउने प्रविधि प्रयोग गरेर तरल पदार्थलाई ठोसबाट अलग गरे र ग्यासको संरचनालाई संकुचित हुन र भत्किनबाट जोगाए, जसको परिणामस्वरूप संसारमा एयरजेलको उदय भयो।

एयरजेलको परिभाषा
एयरजेल एक हल्का तौलको न्यानो-पोरस अमोर्फस ठोस पदार्थ हो जसमा न्यानोमिटर-स्केल सूक्ष्म-कणहरू एकअर्कासँग मिलेर न्यानोमिटर-स्केल पोरस नेटवर्क संरचना बनाउँछन् र नेटवर्क कंकालमा ठूलो संख्यामा ग्यास फैलावट मिडियाले भरिएका हुन्छन्।

एयरोजेलहरू केवल कार्यात्मक सामग्री मात्र होइनन्, तर पदार्थको नयाँ अवस्था पनि हुन्। एयरोजेल अवस्था धेरै गुणहरूमा पदार्थको अन्य अवस्थाहरू भन्दा मौलिक रूपमा फरक छ। यसको ठोस पदार्थ जस्तै स्थिर आकार र आकार छ, तर यसको स्पष्ट घनत्व अधिकतम 1 g/cm³ देखि 0.001 g/cm³ (हावाको घनत्व भन्दा कम) सम्म फैलिन सक्छ; एकै समयमा, यसमा स्पन्ज जस्तो छिद्रपूर्ण संरचना छ, जसमा सूक्ष्म (न्यानो-स्केल कंकाल), म्याक्रोस्कोपिक (घन पदार्थ) र मेसोस्कोपिक (बहु-स्तरीय र भग्न संरचना) विशेषताहरूको बहु गुणहरू छन्, जसले गर्दा एयरोजेलहरूमा धेरै अद्वितीय गुणहरू हुन्छन्। यसले धेरै कम थर्मल चालकता, लोचको धेरै कम मोड्युलस, धेरै कम फोनोन दर, धेरै कम अपवर्तक सूचकांक, कम डाइलेक्ट्रिक स्थिरांक, ध्वनिको धेरै कम गति, उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र, धेरै फराकिलो घनत्व र अपवर्तक सूचकांक वितरण, आदि प्रदर्शन गर्दछ।

एयरोजेलको वर्गीकरण
लगभग सबै भौतिक प्रणालीहरूलाई समेट्ने एरोजेलहरूको विस्तृत दायरा छ। सामान्यतया, रासायनिक संरचना अनुसार, तिनीहरूलाई जैविक एरोजेल, अजैविक एरोजेल र कम्पोजिट एरोजेल, आदिमा विभाजन गर्न सकिन्छ। एरोजेलहरूलाई तिनीहरूको मुख्य घटकहरू अनुसार सिलिकन, कार्बन, सल्फर, धातु अक्साइड र धातु प्रणालीहरूमा पनि वर्गीकृत गर्न सकिन्छ।

एयरोजेलको स्थिति र भूमिका
वैज्ञानिकहरू भन्छन् कि एयरोजेलले संसार परिवर्तन गर्नेछ।

अमेरिकी जर्नल साइन्सको २५० औं अंकमा एयरोजेललाई शीर्ष १० तातो विज्ञान र प्रविधि मुद्दाहरू मध्ये एकको रूपमा सूचीबद्ध गरिएको थियो। २० अगस्ट २००७ मा, द टाइम्सले रिपोर्ट गर्यो कि एयरोजेल संसारको सबैभन्दा हलुका ठोस हो जसले १ किलोग्राम डायनामाइटको विस्फोटक शक्तिलाई सहन सक्छ र १३०० डिग्री सेल्सियस भन्दा माथिको ब्लोटर्चको तापबाट तपाईंलाई बचाउन सक्छ। वैज्ञानिकहरूले सुपर-इन्सुलेटेड स्पेस सूटदेखि सुपरक्यापेसिटरदेखि उत्प्रेरकदेखि टेनिस र्‍याकेटको अर्को पुस्तासम्म सबै कुरामा एयरोजेलको प्रयोगको खोजी गरिरहेका छन्। एयरोजेलले १९३० को दशकको फेनोलिक रेजिन, १९८० को दशकको कार्बन फाइबर र १९९० को दशकको सिलिकन जस्ता पौराणिक सामग्रीहरूको पुस्तालाई प्रतिस्पर्धा गर्ने वाचा गरेको छ।

एयरोजेललाई विश्वको सबैभन्दा हलुका ठोस पदार्थको रूपमा गिनिज बुक अफ वर्ल्ड रेकर्डमा धेरै पटक सूचीबद्ध गरिएको छ। एयरोजेलमा धेरै कम थर्मल चालकता र अपवर्तन सूचकांक पनि छ र यो उत्तम गिलास फाइबरहरू भन्दा ३९ गुणा बढी इन्सुलेट गर्ने क्षमता राख्छ। एयरोजेललाई रूसी मिर अन्तरिक्ष स्टेशन र अमेरिकी मार्स पाथफाइन्डर रोभरलाई थर्मल इन्सुलेट गर्न प्रयोग गरिएको छ, र पहिले नै एयरोस्पेस उद्योगमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेलेको छ।

एयरजेल विकासको इतिहास
१९३१ मा, अमेरिकाको स्ट्यानफोर्ड विश्वविद्यालयमा किस्टलरले पहिलो पटक एयरोजेलहरू तयार पारेका थिए।
१९८५ मा, जर्मनीको वुर्जबर्ग विश्वविद्यालयको भौतिकशास्त्र संस्थानले ISA भनेर चिनिने एयरोजेल सम्बन्धी पहिलो संगोष्ठी आयोजना गरेको थियो।
१९९३ मा, स्पेससूट, अन्तरिक्षयान र अन्तरिक्ष यानहरूलाई इन्सुलेट गर्न एयरोजेलहरू प्रयोग गरिन्छ।
२००२ मा, एरोजेलहरू विकास र उत्पादन गर्न नासाको कम्पनी एस्पेन एयरोजेलको स्थापना भएको थियो।
२००४, घरेलु चिनियाँ अनुसन्धान संस्थानहरूद्वारा गरिएको एयरजेल अनुसन्धान।
२००६ मा, चीनका घरेलु एयरजेल कम्पनीहरूले एयरजेलहरू विकास गर्न थाले।
२०१७, चीनले जारी गर्‍यो, GB/T ३४३३६-२०१, ननपोरस एयरजेल कम्पोजिट इन्सुलेशन उत्पादनहरू
२०२१ मा, राज्य परिषद्ले कार्बन फाइबर, एयरजेल, विशेष स्टील र अन्य आधारभूत सामग्रीहरूको अनुसन्धान र विकासलाई तीव्र पार्ने सम्बन्धमा "२०२३ सम्ममा कार्बन उत्सर्जनको शिखरमा पुग्ने कार्य योजना" जारी गर्‍यो।

एयरोजेलका प्रमुख गुणहरू
(१) अति-प्रकाश। एयरजेल संसारको सबैभन्दा कम घना ठोस हो, जसको न्यूनतम घनत्व हावाको द्रव्यमानको छैटौं भागको एक भाग हो। घनत्व भिन्नताको दायरा सामान्यतया ०.००१~१ ग्राम/सेमी³ हुन्छ।

(२) उच्च छिद्र र उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र। छिद्र ८०% ~ ९९.९% छ, विशिष्ट सतह क्षेत्र २०० ~ १०००m२/g छ, र छिद्रहरूको विशिष्ट आकार १ ~ १००nm छ।

(३) सुपर थर्मल इन्सुलेशन। एयरजेलको स्लिम न्यानो-नेटवर्क संरचनाले स्थानीय थर्मल उत्तेजनाको प्रसारलाई प्रभावकारी रूपमा सीमित गर्दछ, र यसको ठोस-अवस्था थर्मल चालकता सम्बन्धित गिलास सामग्रीको भन्दा २ ~ ३ अर्डर परिमाण कम छ।

एयरजेल थर्मल इन्सुलेशनको सिद्धान्त
कम थर्मल ट्रान्सफर: एयरजेलमा अनगिन्ती न्यानोपार्टिकल्सले जालको कंकाल बनाउँछ, र ताप केवल अनगिन्ती न्यानोपार्टिकल्ससँगै प्रवाहित हुन सक्छ। ताप प्रवाह केवल अनगिन्ती न्यानोपार्टिकल्ससँगै सञ्चालन गर्न सकिन्छ, जसले गर्दा ठोसमा ताप स्थानान्तरणको लगभग अनन्त मार्ग हुन्छ। ठोसमा ताप स्थानान्तरणलाई सम्भव भएसम्म न्यूनतम स्तरमा घटाइन्छ।

थर्मल संवहनको अवरोध : एरोजेलको औसत छिद्र आकार २०-४० एनएम हुन्छ, जुन ६९ एनएमको ग्यास अणुहरूको औसत मुक्त दायरा भन्दा सानो हुन्छ, र छिद्रहरूमा रहेका ग्यास अणुहरूले स्वतन्त्र रूपमा सर्ने क्षमता गुमाउँछन्, जसले गर्दा संवहन लगभग असम्भव हुन्छ।

कम थर्मल विकिरण : एयरोजेलहरूमा न्यानोपार्टिकल्सद्वारा बनाइएका छिद्र भित्ताहरू इन्फ्रारेड ढाल हुन्, र असीमित संख्यामा ढालहरूले थर्मल विकिरणलाई धेरै कम गर्छ।

(४) उत्प्रेरक। सानो कण आकार, उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र र एयरोजेलको कम घनत्वले एयरोजेल उत्प्रेरकहरूको गतिविधि र चयनशीलतालाई परम्परागत उत्प्रेरकहरू भन्दा धेरै उच्च बनाउँछ, र सक्रिय घटकहरू वाहकमा धेरै समान रूपमा फैलाउन सकिन्छ, र यसमा उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता पनि छ, जसले प्रभावकारी रूपमा साइड प्रतिक्रियाहरूको घटनालाई कम गर्न सक्छ।

(५) ध्वनि इन्सुलेशन। एयरोजेलहरूको कम ध्वनि वेग गुणहरूले तिनीहरूलाई ध्वनिक ढिलाइ वा उच्च तापक्रम ध्वनि इन्सुलेशनको लागि एक आदर्श सामग्री बनाउँछ। एयरोजेलको ध्वनिक प्रतिबाधाको चर दायरा ठूलो छ [१०३ ~ १०७ किलोग्राम/(㎡-s)], जुन अल्ट्रासोनिक डिटेक्टरहरूको लागि एक आदर्श ध्वनिक प्रतिरोध युग्मन सामग्री हो। अल्ट्रासोनिक जेनेरेटर र डिटेक्टरहरूको लागि प्रयोग हुने पिजोइलेक्ट्रिक सिरेमिकको ध्वनिक प्रतिरोध १.५×१०७ किलोग्राम/(㎡-s) हो, जबकि हावाको ध्वनिक प्रतिरोध केवल ४०० किलोग्राम/(㎡-s) हो। १/४ तरंगदैर्ध्यको मोटाई र लगभग ०.३ ग्राम/सेमी³ घनत्व भएको सिलिकन एयरोजेललाई पिजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक र हावा बीचको ध्वनिक प्रतिरोध युग्मन सामग्रीको रूपमा प्रयोग गर्नाले ध्वनिक तीव्रता ३०dB ले बढाउन सकिन्छ, ध्वनिक तरंगहरूको प्रसारण दक्षता सुधार गर्न सकिन्छ र उपकरण अनुप्रयोगहरूमा संकेत-देखि-आवाज अनुपात घटाउन सकिन्छ।

(६) निस्पंदन कार्यसम्पादन। नानोस्ट्रक्चर्ड एरोजेलहरूलाई नयाँ प्रकारको अत्यधिक कुशल ग्यास निस्पंदन सामग्रीको रूपमा पनि प्रयोग गर्न सकिन्छ। यसको असाधारण रूपमा ठूलो विशिष्ट सतह क्षेत्रफलको कारण, एरोजेलहरूलाई वैज्ञानिकहरूले "सुपर स्पन्ज" भनेर सम्बोधन गर्छन् र पानीमा प्रदूषकहरू सोस्न, पानीबाट सिसा र पारा चुस्नका लागि आदर्श हुन्छन्, जसले गर्दा पारिस्थितिक प्रकोपहरूसँग व्यवहार गर्न तिनीहरूलाई उत्कृष्ट सामग्री बनाउँछ।

(७) प्रकाशीय गुणहरू। शुद्ध SiO₂ एयरजेल पारदर्शी र रंगहीन छ, र यसको अपवर्तन सूचकांक (१.००६~१.०६) हावाको धेरै नजिक छ, जसको अर्थ SiO₂ एयरजेलमा घटना प्रकाशमा लगभग कुनै परावर्तन हानि हुँदैन र यसले प्रभावकारी रूपमा सूर्यको प्रकाश प्रसारण गर्न सक्छ। त्यसैले, यसलाई इन्सुलेशन र आवाज घटाउने गिलास बनाउन प्रयोग गर्न सकिन्छ।

थप जानकारी वा प्राविधिक मिति पाना र सामग्री सुरक्षा डेटा पाना, कृपया हामीलाई इमेल मार्फत सम्पर्क गर्नुहोस्: [email protected] , वा हामीलाई +८६-२८-८४११-१८६१ मा कल गर्नुहोस्।

केही तस्विर र पाठहरू इन्टरनेटबाट पुन: उत्पादन गरिएका छन्, र प्रतिलिपि अधिकार मूल लेखकको हो। यदि कुनै उल्लङ्घन छ भने, कृपया मेटाउन हामीलाई सम्पर्क गर्नुहोस्।