متنوع

Airgel: المادة المستقبلية التي أعاقتها قيود العالم الحقيقي

Airgel: المادة المستقبلية التي أعاقتها قيود العالم الحقيقي

Airgel مادة حيرت المجتمع العلمي بسبب خصائصها الفيزيائية والكيميائية الرائعة. ايرجيل مادة صلبة تمتلك خصائص فريدة مقارنة بالمواد الصلبة الأخرى.

هذا هو الجزء الذي يثير فضول أي شخص مهتم بـ Aerogels. أخف مادة صلبة يتم تكوينها على الأرض على الإطلاق هي الهيرجيل.

يتكون من 97٪ من الهواء مع الحفاظ على الخصائص الهيكلية للمادة الصلبة.

ذات صلة: يمكن الآن تشكيل AIRGEL من ورق النفايات

يأتي مصطلح Airgel من كلمتين - Air و Gel. وهناك تاريخ لهذا الاسم!

اخترع صموئيل ستيفنس كيستلر Airgel. كان صموئيل مفتونًا بالهلام نظرًا لطبيعته المزدوجة التي تجعله يعمل كمادة صلبة كمادة سائلة.

السبب في أن الجيلي له خصائص السائل والصلب هو أنه مزيج من الاثنين. بنية جيلاتينية مسامية تحبس الماء بداخلها مكونة مادة زائفة.

تساءل صموئيل عما سيحدث إذا استبدل محتوى الماء بالهواء. ومع ذلك ، إذا تم تجفيف الهلام ببساطة ، فسوف ينكمش الهيكل الصلب ، مما يؤدي إلى حدوث تشققات.

لقد فهم أن الهيكل شديد المسام للهلام ينهار بسبب قوى التوتر السطحي العالية التي يمارسها السائل. لذلك ، بحث في طرق بديلة لإزالة السائل دون الإضرار بالهيكل الصلب.
وقد جاء بفكرة استبدال الماء بالكحول.

عندما يتحول الكحول إلى حالة فوق حرجة ، يصبح في حالة بين الغاز والسائل ، ولن يكون له توتر سطحي. تم صنع الهيكل الصلب الذي يسهل اختراقه باستخدام السيليكا.

بمجرد أن يتبخر الكحول ، تم تشكيل أول Airgel. في أبسط المصطلحات ، يتكون Airgel من إزالة الماء أو المذيب من بنية هلامية.

الخصائص الفيزيائية للأيرجيل

السبب الذي يجعل Airgel تبدو شفافة بسبب حقيقة أن معظم المواد عبارة عن هواء فقط. وهذا يفسر أيضًا كثافته المنخفضة جدًا.

إنها أخف المواد الصلبة على الأرض وحتى كتلة بحجم ستة أقدام من Airgel تزن حوالي رطل واحد فقط. الرقم القياسي العالمي لموسوعة جينيس لأخف المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد هو الجرافين إيرجيل الذي طبعه دونج لين.

يحتوي Airgel على خصائص فيزيائية فريدة أخرى ، ومن بينها العزل المذهل ضد الحرارة (0.023 واط / مللي كلفن عند 100 درجة مئوية).

يتمتع Airgel أيضًا بخصائص صوتية ممتازة ، حيث يتميز بعزل صوت أفضل من 10 إلى 1000 مرة من أشكال البولي يوريثين.

نظرًا لأن الهيكل يتكون من 3 ٪ فقط من المواد الصلبة ، فإن Airgel هش للغاية. المادتان الصلبتان الرئيسيتان المستخدمتان في تحضير الهيروجيل هما السيليكا والكربون.

كما ناقشنا ، يتم تصنيع Airgel عن طريق إزالة محتوى الماء / المذيب من الجل واستبداله بالهواء. تستخدم الطريقة الحديثة لتصنيع Airgel عملية تسمى sol-gel.

تم تطوير عملية التصنيع الجديدة في عام 1983 بواسطة Arlon Hunt ومجموعة Microstructured Materials Group. لقد استخدموا TEOS أو Tetraethylorthosilicate في إنتاج Airgel ، وهو أكثر أمانًا من طريقة TMOS التي كانت تستخدم حتى ذلك الحين.

تطور آخر هو استخدام ثاني أكسيد الكربون السائل الذي حل محل استخدام الكحول كمذيب أساسي. جعل استخدام TMOS والكحول في منتج Airgel عملية شديدة الخطورة.

لدينا مثال واضح على طبيعتها المدمرة في شكل الانفجار الذي دمر مصنعًا لإنتاج Airgel في السويد.

تنتج عملية التصنيع الجديدة نفس العائد من TMOS دون أخطارها.

جعلت الخصائص الفيزيائية لـ Airgel واحدة من أكثر المواد التي صنعها الإنسان دراسة. في الوقت الحاضر ، يمكنك العثور على Airgel في مستحضرات التجميل والدهانات وبدلات الغوص وما إلى ذلك.

ومع ذلك ، فإن استخدامها في صناعة الطيران قد اتسع منذ اختراعها فقط. تم استخدام Airgel حتى لالتقاط غبار المذنب والغبار بين النجوم في مهمة Stardust التابعة لناسا.

تم استخدام هذه المادة الفريدة كمواد عازلة حافظت على دفء المركبة المريخية لاستكشاف المريخ أثناء مهمتها.

من بين التطبيقات الحديثة لـ Airgel استخدامه كمادة عازلة للمباني.

نوافذ Airgel هي تقنية جديدة تضع السندويشات الهوائية بين لوحين من الزجاج. إنها أخف من النوافذ الزجاجية ثلاثية الطبقات ولها خصائص عزل أفضل بكثير.

من بين التطبيقات الحديثة لـ Airgel استخدامه كمادة عازلة للمباني. يشمل عزل Airgel المنزلي منتجات مثل بطانيات Airgel وألواح Airgel.

هناك اختراع جديد يسمى Airgel القطني يحدث الآن موجات في العديد من الصناعات. يمكن استخدام Airgel القطني كمادة عازلة يمكن أن تحل محل السترات الضخمة التقليدية.

ومن التطبيقات المدهشة استخدام الأيرجيل القطني كأداة للتحكم في النزيف. يمكن حقن المادة في الجرح النازف وسوف تتمدد وتضغط على الجرح وتوقفه عن النزيف.

تم تطوير وحدات التحكم في نزيف القطن من قبل الباحثين في NUS.

من تطبيقاته ، يجب أن تكون قد لاحظت أن الصناعات تستخدم Airgel لخاصية العزل الخاصة بها. كيف يصبح الهلام الهوائي عازلًا جيدًا؟

يتكون Airgel من جزأين - السيليكا والهواء. لا تعتبر مواد السيليكا الصلبة موصلات جيدة للحرارة وتشكل 3٪ فقط من المادة الكلية. الباقي هو الهواء.

عند مراجعة خصائص الهواء ، من الواضح أن الهواء له موصلية حرارية منخفضة للغاية. هذه العوامل تجعل الهوائي خفيفًا جدًا ، مما يجعل التوصيل الجماعي مستحيلًا.

ثانيًا ، يحتوي Airgel على مسام صغيرة للغاية ، يتراوح قطرها عادةً بين 2-50 نانومتر. هذه المسام صغيرة جدًا بحيث يصعب على الهواء أن ينتشر عبر المادة وينقل حرارة الحمل.

تُعرف هذه الظاهرة باسم "تأثير كنودسن" ، وهي تفصل الأيروجيل عن الأنواع الأخرى من الرغوة.

ومع ذلك ، من المهم ملاحظة أن aerogels ليست بالضرورة عوازل فعالة عندما يتعلق الأمر بالحرارة الإشعاعية. من الممكن نقل الحرارة من خلال aerogels في درجات حرارة عالية من خلال طاقة الأشعة تحت الحمراء.

لمواجهة ذلك ، تحتوي العديد من منتجات العزل الهوائي التجارية على مواد إضافية. تُعرف هذه بمواد عتامة الأشعة تحت الحمراء لعكس أو امتصاص الأشعة تحت الحمراء.

بالنسبة للكهرباء ، يمكن أن يكون Airgel موصلًا أو غير موصل بناءً على المواد الصلبة المستخدمة. الأيروجيل المصنوع من البولي (3،4-إلين ديوكسي ثيوفين): بولي (4-ستيرين سلفونات) (PEDOT: PSS) موصلة بشكل عام

ثبت أن مادة الهيروجيل الصلبة الممزوجة بالأنابيب النانوية الكربونية وبعض الإضافات الأخرى تتفوق على عزل الصوت التقليدي بهامش كبير.

هل Airgel مضاد للماء؟

مرة أخرى ، تعتمد هذه الخصائص على المواد الصلبة المستخدمة في Airgel. من خلال تغيير الهياكل الصلبة والمواد المضافة ، من الممكن تغيير خصائص الهوائي. على سبيل المثال ، مواد الهلام الهوائي المصنوعة من السيليكا الصناعية مُصممة خصيصًا لتكون كارهة للماء (طاردة للماء).

الأيروجيل الذي يحتوي على أكسيد ليس مقاومًا للماء. ومع ذلك ، يمكن تعديلها بسهولة لجعلها مقاومة للماء باستخدام المواد المضافة.

لقد ناقشنا بإسهاب الخصائص الرائعة لـ Airgel وكيف يمكن أن تكون مفيدة لنا بأكثر من طريقة. بني لماذا لم تنتشر التكنولوجيا بعد؟

هناك أكثر من سبب لذلك. الأول هو حقيقة أنه من الصعب جدًا تصنيع Airgel ، حتى مع التطورات التي شهدناها فيما يتعلق بإنتاجه.

كانت أكبر ألواح Airgel التي تمكنت الصناعة من إنتاجها عبارة عن لوحة مقاس 90x90 سم. وهذا الحجم ممكن فقط من خلال آلات متطورة للغاية.

إذا كنت تبحث عن aerogels للشراء ، فإن أعلى المواصفات التي يمكنك العثور عليها هي 30x30 سم. يجب تقديم الطلبات الخاصة إذا كنت بحاجة إلى أحجام أعلى.

السعر عامل آخر يمنع الكثيرين من استخدام أو تجربة Airgel. تؤدي عملية التصنيع المكلفة إلى تحويل تلك التكلفة إلى المشترين.

والنتيجة هي أن الهلام الهوائي السيليكا الذي يبلغ قياسه 2.5 سم × 2.5 سم × 1.0 سم يكلف 50 دولارًا.

أحد التحديات الرئيسية التي تواجه صناعة Airgel هي الطبيعة الهشة للمادة الصلبة. لا تخطئ ، فالمادة قوية ويمكن أن تحمل وزنها عدة مرات.

ومع ذلك ، فإن المادة لا تصمد جيدًا في حالة التوتر.

تحدث تطورات نحو تبسيط عملية تصنيع Airgel وتحسين سلامتها الهيكلية. بمجرد معالجة هذه القيود ، سيصل Airgel إلى المزيد من الأشخاص والمنتجات.

يعد الافتقار إلى الصناعات المنوطة بإنتاج Airgel سببًا آخر لعدم شهرة Aerogels.

إن Airgel بلا شك أحد المواد المعجزة التي اخترعناها. تمتلك المادة إمكانات هائلة في أشكالها وتركيباتها العديدة.

ذات صلة: 9 مواد مثيرة للاهتمام يمكن أن تشكل المستقبل

يمكننا أن نتوقع رفع القيود المرتبطة بـ Aerogels قريبًا. سيؤدي ذلك إلى خفض تكلفة هذه المادة الفريدة وتحسين معدلات الإنتاج.

مع استمرار ارتفاع نطاق تطبيقات Airgel ، من المرجح أن تستثمر المزيد من الشركات في إنتاج Airgel. سيؤدي هذا في النهاية إلى تحسين التقنية ومساعدة المواد في الوصول إلى الجماهير.


شاهد الفيديو: عبد الرحمن المطيري يعتذر للفلسطينيين بعد تخلي الحكومة السعودية عنه ووقوف الفلسطينيين بجانبه (ديسمبر 2021).