एअरजेल म्हणजे काय?

एअरजेलचा जन्म

१९३१ मध्ये, किस्टलरने अल्कोहोलिक सुपरक्रिटिकल ड्रायिंग तंत्राचा वापर करून द्रव आणि घन पदार्थ वेगळे केले आणि वायूची रचना आकुंचन पावण्यापासून आणि कोसळण्यापासून रोखली, ज्यामुळे जगात एअरजेल निर्माण झाले.

एअरजेलची व्याख्या
एअरजेल हा एक हलका नॅनो-पोरस अमोर्फस घन पदार्थ आहे ज्यामध्ये नॅनोमीटर-स्केल सूक्ष्म-कण एकमेकांशी एकत्रित होऊन नॅनोमीटर-स्केल सच्छिद्र नेटवर्क रचना तयार करतात आणि नेटवर्क सांगाड्यात मोठ्या प्रमाणात वायूयुक्त प्रसार माध्यमांनी भरलेले असतात.

एरोजेल हे केवळ एक कार्यात्मक पदार्थच नाही तर पदार्थाची एक नवीन अवस्था देखील आहे. एरोजेल अवस्था ही अनेक गुणधर्मांमध्ये पदार्थाच्या इतर अवस्थांपेक्षा मूलभूतपणे वेगळी आहे. त्याचा आकार आणि आकार घन पदार्थासारखा स्थिर आहे, तरीही त्याची स्पष्ट घनता जास्तीत जास्त 1 ग्रॅम/सेमी³ ते 0.001 ग्रॅम/सेमी³ (हवेच्या घनतेपेक्षा कमी) पर्यंत असू शकते; त्याच वेळी, त्यात स्पंजसारखी सच्छिद्र रचना आहे, ज्यामध्ये सूक्ष्म (नॅनो-स्केल स्केलेटन), मॅक्रोस्कोपिक (कंडेन्स्ड मॅटर) आणि मेसोस्कोपिक (बहु-स्तरीय आणि फ्रॅक्टल स्ट्रक्चर) वैशिष्ट्यांचे अनेक गुणधर्म आहेत, ज्यामुळे एरोजेलमध्ये अनेक अद्वितीय गुणधर्म आहेत. ते खूप कमी थर्मल चालकता, लवचिकतेचे खूप कमी मापांक, खूप कमी फोनॉन दर, खूप कमी अपवर्तन निर्देशांक, कमी डायलेक्ट्रिक स्थिरांक, ध्वनीचा खूप कमी वेग, उच्च विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र, खूप विस्तृत घनता आणि अपवर्तन निर्देशांक वितरण इत्यादी प्रदर्शित करते.

एरोजेल्सचे वर्गीकरण
जवळजवळ सर्व भौतिक प्रणालींना व्यापणाऱ्या एरोजेलची विस्तृत श्रेणी आहे. साधारणपणे, रासायनिक रचनेनुसार, त्यांना सेंद्रिय एरोजेल, अजैविक एरोजेल आणि संमिश्र एरोजेल इत्यादींमध्ये विभागले जाऊ शकते. एरोजेलचे त्यांच्या मुख्य घटकांनुसार सिलिकॉन, कार्बन, सल्फर, धातू ऑक्साईड आणि धातू प्रणालींमध्ये देखील वर्गीकरण केले जाऊ शकते.

एअरोजेल्सची स्थिती आणि भूमिका
शास्त्रज्ञ म्हणतात की एरोजेल जग बदलतील.

अमेरिकन जर्नल सायन्सच्या २५० व्या अंकात एरोजेलला टॉप १० हॉट सायन्स आणि टेक्नॉलॉजीच्या मुद्द्यांमध्ये समाविष्ट करण्यात आले होते. २० ऑगस्ट २००७ रोजी द टाईम्सने वृत्त दिले की एरोजेल हा जगातील सर्वात हलका घन पदार्थ आहे जो १ किलो डायनामाइटच्या स्फोटक शक्तीला तोंड देऊ शकतो आणि १३००°C वरील ब्लोटॉर्चच्या उष्णतेपासून तुम्हाला दूर ठेवू शकतो. शास्त्रज्ञ सुपर-इन्सुलेटेड स्पेस सूटपासून ते सुपरकॅपेसिटर ते उत्प्रेरक ते पुढील पिढीच्या टेनिस रॅकेटपर्यंत सर्व गोष्टींमध्ये एरोजेलचा वापर शोधत आहेत. एरोजेल १९३० च्या दशकातील फिनोलिक रेझिन, १९८० च्या दशकातील कार्बन फायबर आणि १९९० च्या दशकातील सिलिकॉन यासारख्या पौराणिक पदार्थांच्या पिढ्यांना टक्कर देण्याचे वचन देते.

जगातील सर्वात हलके घन पदार्थ म्हणून एरोजेलची गिनीज बुक ऑफ वर्ल्ड रेकॉर्डमध्ये अनेक वेळा नोंद झाली आहे. एरोजेलमध्ये थर्मल चालकता आणि अपवर्तन निर्देशांक देखील खूप कमी आहे आणि तो सर्वोत्तम काचेच्या तंतूंपेक्षा 39 पट जास्त इन्सुलेट करतो. रशियन मीर स्पेस स्टेशन आणि यूएस मार्स पाथफाइंडर रोव्हरला थर्मल इन्सुलेट करण्यासाठी एअरोजेलचा वापर केला गेला आहे आणि त्याने आधीच एरोस्पेस उद्योगात महत्त्वाची भूमिका बजावली आहे.

एअरजेल विकासाचा इतिहास
१९३१ मध्ये, अमेरिकेतील स्टॅनफोर्ड विद्यापीठात किस्टलरने प्रथम एअरोजेल तयार केले.
१९८५ मध्ये, जर्मनीतील वुर्जबर्ग विद्यापीठातील भौतिकशास्त्र संस्थेने आयएसए म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या एअरोजेलवरील पहिले परिसंवाद आयोजित केले होते.
१९९३ मध्ये, स्पेससूट, अंतराळयान आणि अंतराळ शटल इन्सुलेट करण्यासाठी एअरोजेलचा वापर केला जातो.
२००२ मध्ये, एरोजेल विकसित करण्यासाठी आणि उत्पादन करण्यासाठी नासाची कंपनी अस्पेन एअरोजेलची स्थापना करण्यात आली.
२००४, देशांतर्गत चिनी संशोधन संस्थांनी केलेले एअरजेल संशोधन.
२००६ मध्ये, चीनमधील देशांतर्गत एअरजेल कंपन्यांनी एअरजेल विकसित करण्यास सुरुवात केली.
२०१७, चीनने जीबी/टी ३४३३६-२०१, नॉनपोरस एअरजेल कंपोझिट इन्सुलेशन उत्पादने जारी केली.
२०२१ मध्ये, राज्य परिषदेने कार्बन फायबर, एअरजेल, विशेष स्टील आणि इतर मूलभूत सामग्रीच्या संशोधन आणि विकासाला गती देण्यासाठी "२०२३ पर्यंत कार्बन उत्सर्जनाच्या शिखरावर पोहोचण्यासाठी कृती आराखडा" जारी केला.

एरोजेल्सचे प्रमुख गुणधर्म
(१) अति-प्रकाश. एअरजेल हा जगातील सर्वात कमी घनतेचा घन पदार्थ आहे, ज्याची किमान घनता हवेच्या वस्तुमानाच्या एक-षष्ठांश आहे. घनतेच्या फरकाची श्रेणी साधारणपणे ०.००१~१ ग्रॅम/सेमी³ असते.

(२) उच्च सच्छिद्रता आणि उच्च विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ. सच्छिद्रता ८०%~९९.९% आहे, विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ २००~१००० मी२/ग्रॅम आहे आणि छिद्रांचा सामान्य आकार १~१०० नॅनोमीटर आहे.

(३) सुपर थर्मल इन्सुलेशन. एअरजेलची स्लिम नॅनो-नेटवर्क रचना स्थानिक थर्मल उत्तेजनाच्या प्रसाराला प्रभावीपणे मर्यादित करते आणि त्याची घन-स्थिती थर्मल चालकता संबंधित काचेच्या पदार्थापेक्षा २~३ ऑर्डर कमी असते.

एअरजेल थर्मल इन्सुलेशनचे तत्व
कमी थर्मल ट्रान्सफर: एअरजेलमधील अनंत संख्येतील नॅनोपार्टिकल्स एक जाळीदार सांगाडा बनवतात आणि उष्णता केवळ अनंत संख्येतील नॅनोपार्टिकल्समधूनच वाहू शकते. उष्णता प्रवाह केवळ अनंत संख्येतील नॅनोपार्टिकल्समधूनच चालवता येतो, ज्यामुळे घन पदार्थात उष्णता हस्तांतरणाचा जवळजवळ अनंत मार्ग तयार होतो. घन पदार्थातील उष्णता हस्तांतरण शक्य तितक्या कमी पातळीपर्यंत कमी केले जाते.

औष्णिक संवहनाचा प्रतिबंध : एरोजेलच्या छिद्रांचा सरासरी आकार 20-40 nm असतो, जो वायूच्या रेणूंच्या सरासरी 69 nm मुक्त संचाराच्या क्षेत्रापेक्षा लहान असतो, आणि छिद्रांमधील वायूचे रेणू मुक्तपणे फिरण्याची क्षमता गमावतात, ज्यामुळे संवहन जवळजवळ अशक्य होते.

कमी झालेले औष्णिक विकिरण : एरोजेलमधील नॅनोकणांमुळे तयार झालेल्या छिद्रांच्या भिंती इन्फ्रारेड ढाल म्हणून काम करतात आणि या असंख्य ढालींमुळे औष्णिक विकिरण मोठ्या प्रमाणात कमी होते.

(४) उत्प्रेरक. लहान कण आकार, उच्च विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ आणि एअरजेलची कमी घनता यामुळे एअरजेल उत्प्रेरकांची क्रियाशीलता आणि निवडकता पारंपारिक उत्प्रेरकांपेक्षा खूप जास्त होते आणि सक्रिय घटक वाहकामध्ये खूप समान रीतीने विखुरले जाऊ शकतात आणि त्यात उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता देखील आहे, ज्यामुळे साइड रिअॅक्शनची घटना प्रभावीपणे कमी होऊ शकते.

(५) ध्वनी इन्सुलेशन. एरोजेलचे कमी ध्वनी वेग गुणधर्म त्यांना ध्वनिक विलंब किंवा उच्च तापमानाच्या ध्वनि इन्सुलेशनसाठी एक आदर्श साहित्य बनवतात. एरोजेलच्या ध्वनिक प्रतिबाधाची परिवर्तनशील श्रेणी मोठी आहे [१०३ ~ १०७ किलो/(㎡-से)], जी अल्ट्रासोनिक डिटेक्टरसाठी अधिक आदर्श ध्वनिक प्रतिरोधक जोडणी सामग्री आहे. अल्ट्रासोनिक जनरेटर आणि डिटेक्टरसाठी वापरल्या जाणाऱ्या पायझोइलेक्ट्रिक सिरेमिक्सचा ध्वनिक प्रतिकार १.५×१०७ किलो/(㎡-से) आहे, तर हवेचा ध्वनिक प्रतिकार फक्त ४०० किलो/(㎡-से) आहे. १/४ तरंगलांबी जाडी आणि सुमारे ०.३ ग्रॅम/सेमी³ घनतेसह सिलिकॉन एअरजेलचा वापर पायझोइलेक्ट्रिक सिरेमिक्स आणि हवेमधील ध्वनिक प्रतिरोधक जोडणी सामग्री म्हणून केल्याने ध्वनीची तीव्रता ३०dB ने वाढू शकते, ध्वनिक लहरींची प्रसारण कार्यक्षमता सुधारू शकते आणि डिव्हाइस अनुप्रयोगांमध्ये सिग्नल-टू-नॉइज रेशो कमी होऊ शकतो.

(६) गाळण्याची कार्यक्षमता. नॅनोस्ट्रक्चर्ड एरोजेलचा वापर एका नवीन प्रकारच्या अत्यंत कार्यक्षम गॅस गाळण्याची सामग्री म्हणून देखील केला जाऊ शकतो. त्यांच्या अपवादात्मक मोठ्या विशिष्ट पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळामुळे, एरोजेलना शास्त्रज्ञ "सुपर स्पंज" म्हणून संबोधतात आणि ते पाण्यातील प्रदूषक शोषण्यासाठी, पाण्यातून शिसे आणि पारा शोषण्यासाठी आदर्श आहेत, ज्यामुळे ते पर्यावरणीय आपत्तींना तोंड देण्यासाठी एक उत्कृष्ट सामग्री बनतात.

(७) प्रकाशीय गुणधर्म. शुद्ध SiO₂ एअरजेल पारदर्शक आणि रंगहीन आहे आणि त्याचा अपवर्तनांक (१.००६~१.०६) हवेच्या अगदी जवळ आहे, याचा अर्थ असा की SiO₂ एअरजेलमध्ये घटनेच्या प्रकाशात जवळजवळ कोणतेही परावर्तन नुकसान होत नाही आणि ते सूर्यप्रकाश प्रभावीपणे प्रसारित करू शकते. म्हणून, ते इन्सुलेशन आणि आवाज कमी करणारे काच बनवण्यासाठी वापरले जाऊ शकते.

अधिक माहितीसाठी किंवा टेक्निकल डेटा शीट आणि मटेरियल सेफ्टी डेटा शीटसाठी, कृपया आमच्याशी ईमेलद्वारे संपर्क साधा: [email protected] , किंवा आम्हाला व्हॉइस कॉल करा: +86-28-8411-1861.

काही चित्रे आणि मजकूर इंटरनेटवरून पुनरुत्पादित केले आहेत आणि कॉपीराइट मूळ लेखकाचे आहे. जर काही उल्लंघन झाले असेल तर कृपया ते हटविण्यासाठी आमच्याशी संपर्क साधा.