Aerogel:미래의 주목할만한 단열재

우리는 우주를 탐험하기 위한 새로운 경쟁의 한가운데에 있으며 신소재는 기술 발전의 최전선에 있습니다 . 우주복의 필요성을 고려하십시오. 우주 비행사를 극한의 온도로부터 보호하면서도 기동성을 돕기 위해 최대한 얇고 가벼워야 합니다.

NASA는 우주 탐사에 사용할 에어로젤 단열재를 개발했습니다. , 하지만 최근 몇 년 동안 에어로젤은 상용이 되었습니다. 다양한 다른 분야에서 활용을 찾고 있습니다.

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에어로겔은 우수한 단열재입니다. 여기 에어로젤 조각이 토치로부터 꽃을 보호합니다.

에어로겔은 첨단 소재입니다. 초다공성 구조로 인해 엔지니어는 우주복과 차량을 위한 새로운 단열재를 설계할 수 있습니다. 뿐만 아니라 필터, 배터리, 태양열 집열기 등 .

그러나 '에어로겔'은 물질 유형이 아닙니다. . 오히려 그것들은 솔리드의 특별한 형태입니다. 실리카, 폴리머, 산화물, 탄소 및 기타 재료로 만들 수 있음 . 에어로겔은 고체이지만 매우 작은 공극 또는 "기공"을 포함하고 있어 대부분이 공기로 구성되어 있습니다.

이 기사에서 우리는 다음 질문에 답할 것입니다:

• 에어로겔이란 무엇입니까?
• 에어로겔을 만드는 방법은 무엇입니까?
• 에어로겔의 주요 특성은 무엇입니까?
• 에어로겔의 용도는 무엇입니까?

에어로겔이란 무엇입니까?

에어로겔은 다공성 물질입니다. 즉, 단단하지만 공기가 채워진 작은 구멍으로 가득 차 있습니다. 모공이라고 합니다. 이러한 기공은 에어로겔의 고유한 특성의 핵심입니다. . 폼 및 특정 세라믹과 같은 많은 재료는 다공성이지만 에어로젤은 극단적인 경우입니다.

에어로겔에서는 기공이 대부분의 물질을 구성합니다. , 결과적으로 초경량 솔리드 소재 . 에어로겔의 모공은 또한 사람의 머리카락보다 훨씬 작고 육안으로 볼 수 없을 정도로 매우 작습니다. 결과적으로 에어로젤은 너무 가볍고 반투명하여 "단단한 구름 " 및 "얼어붙은 연기 ".

에어로겔의 주요 특성은 무엇입니까?

에어로겔은 다공성이어서 부피의 최대 95%가 공기입니다. , 다양한 특이한 속성을 부여합니다. . 그 중에는 지금까지 만들어지거나 발견된 가장 가벼운 재료에 포함되어 있다는 사실이 있습니다. , 이는 항공우주 애플리케이션에서 특히 유용합니다. 체중 감량이 중요한 곳입니다.

에어로겔의 속성은 다음과 같습니다.

• 매우 낮은 밀도(저밀도에 대한 Matmatch 검색 참조)
• 매우 낮은 열전도율(낮은 열전도율에 대한 Matmatch 검색 참조)
• 촉매 또는 전기화학 반응을 위한 높은 표면적
• 반투명도(광 투과율에 대한 Matmatch 검색 참조)

이러한 고유한 특성의 핵심은 에어로겔이 다공성일 뿐만 아니라 , 하지만 모공도 매우 작습니다. – 사람의 눈으로 보기에는 너무 작습니다. 이는 에어로겔이 모공 내부 공기의 낮은 열전도율의 이점을 얻을 뿐만 아니라 공기가 쉽게 흐를 수 없음의 이점도 있음을 의미합니다. , 이는 단열재로서의 능력을 더욱 향상시킵니다. .

에어로겔을 만드는 방법은 무엇입니까?

이름에도 불구하고 에어로겔은 젤이 아닙니다. , 그들은 다공성 고체 대부분 공기로 구성되어 있습니다. 에어로겔은 액체로 시작됩니다. , 젤로 변형된 다음 액체가 제거됩니다. 그들의 독특한 기공 구조는 액체 상태에서 작은 입자가 함께 결합될 때 생성되는 구조를 보존하여 생성됩니다. (작은 입자 크기에 대한 Matmatch 검색 참조)

비결은 입자 사이의 공간을 유지하면서 액체를 제거하는 것입니다. . 그 공간이 에어로겔의 모공이 됩니다.

가장 일반적인 유형의 에어로겔은 실리카로 만들어집니다. "Sol-Gel" 공정에 의해:

1. "졸"은 작은 고체 입자와 액체 용매를 혼합하여 만듭니다.
2. 졸은 입자를 서로 결합시키는 촉매를 추가하여 혼합물을 고형화시켜 "겔"로 만듭니다.
3. 액체 용매는 건조에 의해 제거되고 고체 에어로겔만 남습니다.

에어로겔의 처리는 고유한 미세 구조를 만드는 데 중요합니다. 반액상 겔 상태에서 남은 초미세 모공 없이 , 에어로겔은 이러한 낮은 밀도를 갖지 않을 것입니다. 또는 우수한 단열재가 될 수 있습니다. .

에어로겔의 용도는 무엇입니까?

에어로겔은 특정 물질이 아니라 물질의 한 형태입니다. 그것은 여분의 다공성을 만들기 위해 처리되었습니다. 가장 일반적인 에어로겔은 실리카로 만들어집니다. (이산화규소); 그러나 그래핀, 산화철, 폴리머 등으로 만든 에어로겔도 있었습니다. .

에어로겔은 다양한 형태로도 나타납니다. 두꺼운 벽돌, 유연한 시트 및 얇은 코팅 포함 . 에어로겔은 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있으며 단열재로 상업적으로 이용 가능합니다. . 그러나 연구원들은 이러한 놀라운 재료에 대한 몇 가지 다른 기술 응용 프로그램을 개발하고 있습니다.

에어로겔 단열재

낮은 열전도율 및 낮은 밀도 에어로겔은 우수한 단열재가 됩니다. . 추가 보너스로 에어로젤은 매우 가벼워서 구조에 거의 무게를 추가하지 않습니다. , 우주 여행에 적합 1킬로그램을 우주로 들어 올리려면 돈이 들기 때문입니다. 에어로젤은 또한 유연성이 필요한 얇은 층에 사용할 수 있는 우수한 절연체입니다. , 우주복과 같이.

일부 에어로젤은 반투명 , 즉 창문 및 태양열 패널과 같이 기존 단열재로는 사용할 수 없는 장소에서 사용할 수 있습니다. . 지상 건물의 채광창에 사용되는지 여부 또는 미래 우주 서식지의 창 , 에어로겔은 빛은 전달하지만 열 전달은 차단합니다. .

따라서 구조물을 더 쉽게 가열 및 냉각하는 데 이상적입니다. 또한 자연광이 더 많이 들어오도록 . 에어로겔은 차세대 태양열 집열기의 코팅으로도 사용되었습니다. , 에어로겔은 빛은 통과시키지만 열은 빠져나가는 것을 방지합니다.

열의 흐름을 막는 에어로겔의 능력 위장으로도 유용합니다. , 에어로겔 코팅은 적외선 카메라로부터 숨기 방법으로 테스트되었습니다. .

흡착제 및 필터

에어로겔 내부의 작은 모공 특히 높은 비표면적을 부여하여 대량의 고체 물질이 주변 환경과 접촉합니다. . 에어로겔이 특정 분자나 입자를 끌어당기는 물질로 만들어지면 기공 내부에 물질을 가두는 필터 및 흡착기로 사용할 수 있습니다. .

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실리카겔은 우수한 건조제이며 식품과 함께 사용하기에 화학적으로 안전합니다.

에어로겔 흡착제의 친숙한 친척 실리카 겔입니다. , 일반적으로 공기에서 물을 제거하는 건조제로 사용됩니다. . 대부분의 사람들은 실리카 겔 패킷에 익숙합니다. 에어컨 시스템 및 기타 응용 분야에서 식품 및 기타 품목을 건조하게 유지하는 데 사용됩니다. 실리카겔을 물로 포화시킨 후 오븐에서 가열하여 "재충전"할 수 있습니다. 오븐은 모공 표면에서 물을 기화시켜 건조하고 다시 사용할 수 있도록 합니다.

흡수될 수 있는 물의 양은 비표면적에 따라 증가합니다. . 에어로겔은 기존 ​​실리카겔보다 비표면적이 훨씬 더 높기 때문에 에어로겔은 수분을 가두는 능력이 훨씬 더 향상됩니다. .

고급 기술 응용 프로그램

에어로겔의 높은 비표면적 환경과 접촉하는 물질의 양이 특히 많다는 것을 의미합니다. 따라서 에어로겔은 많은 화학 및 전기화학 공정에 유용합니다. 이는 용액과 고체 기질 사이의 접촉 면적을 최대화하여 개선할 수 있습니다.

여기에는 촉매 또는 촉매 기질 역할이 포함됩니다. 다양한 산업 화학 공정 및 차세대 슈퍼커패시터의 전극용 .

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NASA는 스타더스트 우주선에서 우주 먼지 입자를 가두기 위해 에어로젤을 사용했습니다. 입자는 고체와 충돌 시 기화하고 기체를 통과하지만 에어로겔에 갇힐 수 있습니다. NASA에서도 화성 탐사선의 단열재로 에어로젤을 사용했습니다.

에어로겔은 다양한 재료로 만들 수 있는 일종의 구조이기 때문에 , 연구자들은 끊임없이 새로운 에어로겔과 이를 사용하는 새로운 방법을 개발하고 있습니다. 추가적인 신소재가 에어로겔로 바뀌면서 새로운 기술 개발을 가능하게 할 것입니다. 새로운 슈퍼커패시터, 항균 코팅, 기름 유출 흡수 패드, 뼈 이식 등.

낮은 열전도율, 낮은 밀도, 높은 표면적 및 반투명의 독특한 조합으로 인해 에어로겔은 다양한 첨단 소재 기술로 진화하고 있습니다. .