Aerogel

Một khối aerogel trên bàn tay

Định nghĩa của IUPAC

Aerogel: Gel bao gồm một chất rắn siêu nhỏ trong đó pha phân tán là chất khí.^[1][2]

Note 1: Silica vi mao, thủy tinh vi mao, và zeolit là các ví dụ phổ biến về aerogel.

Note 2: Được sửa từ tham chiếu,^[3] trong đó định nghĩa là sự lặp lại của định nghĩa không chính xác của gel theo sau là một tham chiếu không rõ ràng về độ xốp của cấu trúc.

Aerogel cách nhiệt rất tốt, ngăn cách bông hoa phía trên và ngọn lửa từ đèn đốt Bunsen.

Aerogel là một vật liệu siêu nhẹ và xốp, được tổng hợp bằng cách thay thế chất lỏng trong gel bằng chất khí.^[4] Kết quả thu được là một chất rắn có mật độ cực thấp^[5] và độ dẫn nhiệt thấp. Aerogel có thể được làm từ nhiều loại hợp chất hóa học.^[6] Aerogel còn được gọi khói đông lạnh (frozen smoke),^[7] khói rắn, không khí rắn, đám mây rắn, khói xanh do hình thức bên ngoài trong mờ đã cho cảm nhận về vật liệu nhẹ.

Aerogel lần đầu tiên được Samuel Stephens Kistler tạo ra vào năm 1931, là kết quả của một đặt cược với Charles Learned về việc ai có thể thay thế chất lỏng trong "thạch" bằng chất khí mà không làm cho nó bị co rút lại.^[8][9]

Aerogel được sản xuất bằng cách tách thành phần chất lỏng ra khỏi gel thông qua quá trình sấy khô tới cực hạn. Phương pháp này cho phép chất lỏng được làm khô từ từ mà không làm sụp lưới chất rắn trong gel do hiện tượng mao dẫn.

Aerogel không có một vật chất được định danh với công thức hóa học cố định nhưng thuật ngữ này được sử dụng cho nhóm tất cả các vật liệu có cấu trúc hình học như đã biết.^[10]

Các tính chất

Mặc dù rất nhẹ nhưng một vật làm bằng Aerogel có khả năng Mang một vật khác có trọng lượng gấp 500 đến 4.000 lần trọng lượng của nó (90% thể tích là không khí Nặng hơn không khí 3 lần và nhẹ hơn thủy tinh 1.000 lần), Nó cũng có khả năng cho không khí xuyên qua, chống cháy và có thể thấm cả dầu lẫn nước. Aerogel vừa có thể làm dây dẫn điện vừa có thể trở thành một chất cách điện tốt nhất từ trước tới nay khi được pha trộn với một số vật liệu khác.

Hiệu ứng Knudsen

Aerogels có thể có một độ dẫn nhiệt thấp hơn cả chất khí mà nó chứa. Nguyên nhân là do hiệu ứng Knudsen gây ra giảm độ dẫn nhiệt trong các chất khí khi kích thước của các khoang chứa khí xấp xỉ với quãng đường tự do. Khoang chứa khí hạn chế sự chuyển động của các phân tử chất khí, làm giảm độ dẫn nhiệt, thêm vào đó còn loại bỏ sự đối lưu. Ví dụ, độ dẫn nhiệt của không khí vào khoảng 25 mW/m·K ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn và trong một vật chứa lớn, nhưng nó giảm xuống còn khoảng 5 mW/m·K khi chứa trong một lỗ có đường kính 30 nanomet.^[11]

Chú thích

1. R. G. Jones; J. Kahovec; R. Stepto; E. S. Wilks; M. Hess; T. Kitayama; W. V. Metanomski (2008). IUPAC. Compendium of Polymer Terminology and Nomenclature, IUPAC Recommendations 2008 (the "Purple Book") (PDF). RSC Publishing, Cambridge, UK.
2. Slomkowski, Stanislaw; Alemán, José V.; Gilbert, Robert G.; Hess, Michael; Horie, Kazuyuki; Jones, Richard G.; Kubisa, Przemyslaw; Meisel, Ingrid; Mormann, Werner; Penczek, Stanisław; Stepto, Robert F. T. (2011). "Terminology of polymers and polymerization processes in dispersed systems (IUPAC Recommendations 2011)" (PDF). Pure and Applied Chemistry. Quyển 83 số 12. tr. 2229–2259. doi:10.1351/PAC-REC-10-06-03.
3. A. D. McNaught; A. Wilkinson. (1997). IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") . Oxford: Blackwell Scientific Publications. doi:10.1351/goldbook. ISBN 978-0-9678550-9-7.
4. "Definitions of terms relating to the structure and processing of sols, gels, networks, and inorganic-organic hybrid materials (IUPAC Recommendations 2007)". Pure and Applied Chemistry. Quyển 79 số 10. 2007. tr. 1801–1829. doi:10.1351/goldbook.A00173. ISBN 0-9678550-9-8.
5. "Guinness Records Names JPL's Aerogel World's Lightest Solid". NASA. Jet Propulsion Laboratory. ngày 7 tháng 5 năm 2002. Bản gốc lưu trữ ngày 25 tháng 5 năm 2009. Truy cập ngày 25 tháng 5 năm 2009. {{Chú thích web}}: Đã bỏ qua tham số không rõ |url hỏng= (trợ giúp)
6. Aegerter, M.A.; Leventis, N.; Koebel, M. M. (2011). Aerogels Handbook. Springer publishing. ISBN 978-1-4419-7477-8.
7. Taher, Abul (ngày 19 tháng 8 năm 2007). "Scientists hail 'frozen smoke' as material that will change world". News Article. London: Times Online. Bản gốc lưu trữ 13 tháng 5 2008. Truy cập ngày 22 tháng 8 năm 2007. {{Chú thích báo}}: Đã bỏ qua tham số không rõ |url hỏng= (trợ giúp); Đã định rõ hơn một tham số trong |archivedate= và |archive-date= (trợ giúp); Đã định rõ hơn một tham số trong |archiveurl= và |archive-url= (trợ giúp)
8. Kistler, S. S. (1931). "Coherent expanded aerogels and jellies". Nature. Quyển 127 số 3211. tr. 741. Bibcode:1931Natur.127..741K. doi:10.1038/127741a0.
9. Kistler, S. S. (1932). "Coherent Expanded-Aerogels". Journal of Physical Chemistry. Quyển 36 số 1. tr. 52–64. doi:10.1021/j150331a003.
10. Pekala R. W. (1989). "Organic aerogels from the polycondensation of resorcinol with formaldehyde". Journal of Materials Science. Quyển 24 số 9. tr. 3221–3227. Bibcode:1989JMatS..24.3221P. doi:10.1007/BF01139044.
11. Berge, Axel and Johansson, Pär (2012) Literature Review of High Performance Thermal Insulation. Department of Civil and Environmental Engineering, Chalmers University of Technology, Sweden

Đọc thêm

• NASA's Stardust comet return mission on AEROGEL.
• N. Hüsing; U. Schubert (1998). "Aerogels – Airy Materials: Chemistry, Structure, and Properties". Angewandte Chemie International Edition. Quyển 37 số 1/2. tr. 22–45. doi:10.1002/(SICI)1521-3773(19980202)37:1/2<22::AID-ANIE22>3.0.CO;2-I.
• Pierre A. C.; Pajonk G. M. (2002). "Chemistry of aerogels and their applications". Chemical Reviews. Quyển 102 số 11. tr. 4243–4266. doi:10.1021/cr0101306. PMID 12428989.

Liên kết ngoài

• Open source aerogel
• NASA photos of aerogel
• LBL article covering the development of aerogels