Meqenëse u tha për aerogelët, këtu është një zhvillim i temës. Ky është një përkthim i një postimi në blog nga një person që bëri aerogel silikat në punëtorinë e tij duke përdorur një recetë nga faqja e internetit.
TMOS është mjaft e vështirë për t'u marrë sepse furnizuesit e kimikateve ngurrojnë t'u shesin ndonjë gjë individëve.
Procesi i prodhimit të aerogelit:
1. Përzieni TMOS, metanol dhe hidroksid amoniumi. Hidheni përzierjen në kallëpe dhe lëreni xhelin të forcohet.
2. Zhytni xhelin në metanol dhe prisni një ditë që uji i mbetur në xhel të tretet në metanol.
3. Hidhni metanolin e përdorur dhe zëvendësojeni me metanol të pastër. Prisni një ditë tjetër dhe përsërisni procedurën. Kjo do të duhet të bëhet disa herë gjatë tre ditëve.
4. Zhvendoseni xhelin në superkritik dhoma e tharjes dhe mbusheni me metanol.
5. Shtoni dioksid karboni të lëngshëm, hapni valvulën e shkarkimit të dhomës dhe kullojeni metanolin. Sigurohuni që pjesët e xhelit të mbahen në CO2 të lëngshme gjatë gjithë kohës.
6. Prisni një ditë që metanoli të shpërndahet në CO2 të lëngët.
7. Hapni valvulën e shkarkimit dhe derdhni më shumë metanol që është tretur në CO2.
8. Përsëriteni procedurën për kullimin e metanolit, por sigurohuni që xheli të mbetet i zhytur në CO2 të lëngshëm gjatë gjithë kohës. Përsëriteni kullimin/zëvendësimin e CO2 disa herë gjatë 2-3 ditëve.
9. Ngritni temperaturën e dhomës derisa CO2 të bëhet superkritik. Hapni ngadalë kanalin e ventilimit ndërsa vazhdoni të ngrohni dhomën për të lejuar që CO2 të kalojë nga gjendja superkritike në gjendje të gaztë. Lëshoni ngadalë të gjithë CO2 nga dhoma, më pas hiqni aeroxhelin e përfunduar prej saj.
Nga komentet:
jstults ka shkruar...
Pse kanë kaq frikë t'ua shesin TMOS individëve?
Ben Krasnow shkroi...
jstults, shumica e furnizuesve kimikë nuk do t'u shesin asgjë klientëve individualë - pavarësisht nëse substanca është e rrezikshme apo jo. Aksident ose përdorim jo i duhur përgatitje kimike mund të çojë në një padi dhe të ketë një ndikim të keq në reputacionin e furnizuesit, kështu që menaxhmenti i shumë kompanive vendosi që ishte më fitimprurëse që ata të harronin paratë individët, por shmangni rreziqet shoqëruese. Lajm i keq për ata që merren me shkencë në shtëpi, por kjo nuk ka gjasa të ndryshojë. Më e mira për të cilën mund të shpresojmë është që hapësirat e hakerëve të vendosen mjaft mirë për të qenë në gjendje të porosisin kimikate për anëtarët e tyre. Tani, dyshoj se shumë hapësira hakerash do të hasin vështirësi kur përpiqen të porosisin diçka nga kompani si Sigma Aldrich.
Will Walker ka shkruar...
Përshëndetje Ben -
Punë e shkëlqyer me aerogelët dhe dokumentacionin. Këtu janë disa truke që mund të provoni për të reduktuar çarjet:
1. Mbushni tharësin deri në majë me MeOH përpara se të filloni të bëni presion. Ju dëshironi të siguroheni që kur rritni presionin, xheli të mbulohet plotësisht nga lëngu.
2. Lëshoni fillimisht metanolin e ngjeshur në pjesë (20-30% në një kohë) me ndërprerje përpara se ta zëvendësoni me CO2 të pastër. Përzierja e tretësve të ndryshëm krijon një ndryshim presioni brenda xhelit pasi MeOH i pastër përpiqet të avullojë. Ky është në fakt burimi kryesor "misterioz" i çarjeve.
3. Ndryshe nga sa sugjeronte intuita, duket se zgjerimi termik NUK është shkaku kryesor i çarjeve në aerogel. Ajo që është me të vërtetë e rëndësishme në këtë rast është shkalla me të cilën presioni rritet dhe bie. Është gjithashtu e rëndësishme që fillimisht të ngadalësohet zëvendësimi i MeOH me CO2, siç përshkruhet më sipër.
A ka materiale që janë 90 për qind ajër? Dhe në të njëjtën kohë, energji elektrike e ngurtë, izoluese ndaj nxehtësisë dhe zërit, përçues dhe përgjithësisht e aftë për të gjetur aplikim në disa industri njëherësh? Lexoni në artikullin vijues nga seria jonë "Pesë Elementet", e cila N+1 po bën bashkë me NUST MISIS, për aerogelët - nanomateriale të mbushura me ajër.
Fotografia më poshtë tregon një nga aerogelët më të zakonshëm - të bërë nga dioksidi i silikonit. Quhet gjithashtu "tymi blu" për nuancën e tij të bukur opal-blu. Nga jashtë, ky airgel duket si një copë akulli, por në fakt është çuditërisht i lehtë dhe i fortë. Dhe plotësisht e thatë. Ndihet si shkumë, por jo si pelte apo akull. Nëse ju lëshoni një copë "tymi" të tillë sipërfaqe e fortë, atëherë do të kërcejë si një top kërcyes dhe tingulli do të jetë i ngjashëm me kumbimin e një dekorimi prej xhami të pemës së Krishtlindjes.
Ka aerogel të tjerë nga më të shumtët ngjyra të ndryshme, por po aq pa peshë. Çfarë karakteristikash ka ky material? Këtu janë më tipiket:
Shumica e aerogelëve thyhen lehtësisht me dorë, pavarësisht ngurtësisë së tyre. Kjo do të thotë, ato janë të brishta, por të vështira - disa mund të përballojnë 4000 herë peshën e tyre pa u thyer.
Tulla mbështetet nga një bllok kalimtar silici
Megjithatë, tashmë janë krijuar aerogela plastike që mund të përkulen dhe që mund të goditen edhe me çekiç. Janë pikërisht këto materiale që planifikohen të përdoren për të izoluar kostumet hapësinore të krijuara si pjesë e një ekspedite të ardhshme në Mars. Dhe jo vetëm kostume hapësinore - prodhuesit e veshjeve dhe pajisjeve të udhëtimit tashmë po eksperimentojnë në mënyrë aktive me materiale të tilla.
Aerogelët kanë një tjetër parametër unik - raporti i sipërfaqes totale ndaj peshës: deri në 3200 metra katrorë për gram. Kjo do të thotë që nëse e imagjinoni të gjithë sipërfaqen si një rrafsh të vetëm, atëherë mjafton një gram nga ky material për të mbuluar gjysmën e një fushe futbolli! Si mund të jetë kjo? Gjithçka ka të bëjë me strukturën e këtij materiali të mahnitshëm. Rezulton se aeroxheli është pothuajse një "vrimë e ngurtë" e ngurtë: mure të ngurta ultra të hollë, vetëm disa nanometra të trasha (një e milionta e milimetrit) formojnë një labirinth kompleks tredimensional poresh dhe shtresash. Vetë poret variojnë në madhësi nga dhjetëra në qindra nanometra dhe, në kushte normale tokësore, janë të mbushura me ajër - ai mbush 90-99 për qind të vëllimit të materialit. Dhe me raste, këto super sfungjerë mund të mbushen në mënyrë perfekte me diçka tjetër. Për shembull, nafta u derdh në sipërfaqen e detit për shkak të një aksidenti me cisternë. Për më tepër, një zonë kaq e madhe me një peshë kaq të vogël është e shkëlqyeshme për krijimin e jonistorëve - superkondensatorë me një kapacitet prej qindra e mijëra faradësh (kapaciteti i një kondensatori konvencional zakonisht matet në mikrofarad). Ndoshta ata do të zëvendësojnë bateritë klasike në të ardhmen e afërt. Dhe të mos harrojmë për katalizatorët, sepse sipërfaqja gjithashtu luan një rol në to rol vendimtar- nga kjo varet efektiviteti i katalizatorit në reaksionin kimik.
Pra në thelb veti unike Ajo që i bën aerogelët të mrekullueshëm është struktura e tyre hapësinore me pore të vogla të hapura. Materiali i mureve, natyrisht, gjithashtu ka rëndësi. Për shembull, varet shumë vetitë mekanike, si dhe përçueshmërinë elektrike të një aeroxheli të veçantë.
Por si mund të merren në praktikë "flluska" të tilla të ndërlikuara të zgavra me mure të forta? Përgjigja qëndron në emrin e vetë materialit. Xhelet janë materiali fillestar për krijimin e aerogeleve. Po ato xhel, të lagësht dhe të rëndë, si mish pelte. Xhelatina e njohur, meqë ra fjala, është gjithashtu e përshtatshme për krijimin e këtij nanomateriali. Nga rruga, çfarë është një xhel? Në prekje, të gjithë e kemi një ide të mirë për këtë substancë, por çfarë përfaqëson ajo në nivel mikro? Rezulton se çdo xhel përbëhet nga dy përbërës me veti fizike të ndryshme: një fazë e ngurtë në formën e një strukture hapësinore poroze të vazhdueshme që përshkon të gjithë kampionin dhe një fazë e lëngshme që mbush poret. Për më tepër, madhësia karakteristike e fazës së ngurtë është vetëm dhjetëra nanometra, sepse faza e ngurtë në xhel është zakonisht konglomerate nanogrimcash ose makromolekulash të gjata.
Një xhel tipik mund të mendohet si një sfungjer për larjen e enëve me shkumë, i njomur në lëng. Vetëm poret në një sfungjer të tillë janë qindra mijëra herë më të vogla se në atë në kuzhinën tonë. Çfarë ndodh nëse hiqni të gjithë lëngun nga një sfungjer i tillë? Rezultati është një sfungjer i thatë me pore të mbushura me ajër. Pra, ky është airgel! Rezulton se për të marrë këtë material mjafton thjesht të thahet ndonjë xhel? Fatkeqësisht jo. Praktika tregon se kur faza e lëngshme avullon, xheli fillon të ulet shpejt në vëllim dhe, në fund, marrim një gungë të vogël të dendur të lëndës së thatë, dhe jo nanomaterialin poroz të dëshiruar me densitet ultra të ulët. Por pse një sfungjer shkumë thahet pa u zvogëluar në vëllim, ndërsa homologu i tij xhel sillet krejtësisht ndryshe? Dhe si të merreni me këtë?
Në fakt, ndryshimi thelbësor midis modelit tonë me një sfungjer dhe një xhel të vërtetë është madhësia e poreve: për një sfungjer ato maten në milimetra, dhe për xhel ato janë dhjetëra nanometra, domethënë ndryshimi është afërsisht pesë rend të madhësisë. Tani le të imagjinojmë se si lëngu avullon nga poret: në një moment lëngu ndalon t'i mbushë plotësisht ato dhe shfaqet një kufi midis lëngut dhe avullit të këtij lëngu të përzier me ajrin. Siç dihet, forcat e tensionit sipërfaqësor veprojnë gjithmonë në kufirin e një lëngu, të cilat çojnë në ndërveprim midis sipërfaqes së lëngut dhe mureve të enës (në rastin tonë, muret e poreve). Nëse muret janë lagur mirë, atëherë sipërfaqja e lëngut merr një formë konkave dhe një forcë vepron mbi muret, duke i tërhequr ato në enë. Madhësia e kësaj force për njësinë e gjatësisë së murit të poreve përgjatë kufirit të lëngut nuk varet nga rrezja e poreve. Por në të njëjtën kohë, në xhel muret e këtyre poreve janë mijëra herë më të holla se në sfungjerin tonë. Rezulton se forca specifike e aplikuar në muret në xhel dhe në sfungjer është e njëjtë, por trashësia e këtyre mureve dhe, në përputhje me rrethanat, forca e tyre mekanike janë krejtësisht të ndryshme. Nuk është për t'u habitur që poret e sfungjerit mund të përballojnë tharjen e lëngut që i mbush ato, por poret e xhelit nuk munden. Prandaj "tkurrja" e xhelit gjatë tharjes - sipërfaqja e lëngut në pore thjesht thyen muret e brishta njëri pas tjetrit ndërsa avullohet, dhe si rezultat marrim një gungë të thatë ngjitëse të mureve të thyer, dhe jo strukturën e hapur. karakteristikë e aerogeleve.
Si mund ta hiqni lëngun nga poret e brishta të xhelit pa e shkatërruar strukturën e tij? Zgjidhja u gjet në vitin 1931 nga shkencëtari amerikan Samuel Stephens Kistler. Sipas disa raportimeve, ai vuri bast me kolegun e tij se mund të ishte i pari që do ta bënte këtë operacion delikat dhe e fitoi bastin. Ideja e Kistlerit ishte të hiqte qafe sipërfaqen e lëngut dhe forcat e tensionit që lidhen me të, pasi është sipërfaqja që është shkaku i të gjitha telasheve. Le të imagjinojmë se kemi një të vulosur balonë qelqi e cila është gjysmë e mbushur me lëng. Përmes mureve transparente do të shohim kufirin e lëngut dhe gazit mbi të. Tani le të fillojmë të ngrohim balonën. Lëngu brenda do të avullojë, gjë që do të rrisë sasinë dhe presionin e avullit mbi sipërfaqen e tij. Dhe gjithashtu, natyrisht, temperatura e këtij avulli. Nëse vazhdoni të ngrohni për një kohë mjaft të gjatë, atëherë në një moment të caktuar presioni dhe temperatura brenda balonës do të arrijnë një nivel të tillë që dendësia e avullit do të bëhet e barabartë me densitetin e lëngut dhe kufiri midis tyre thjesht do të zhduket. . Dhe vetë avulli dhe lëngu do të humbasin karakteristikat e tyre të njohura (për shembull, lëngu do të bëhet i ngjeshshëm) dhe do të shndërrohet në një tërësi të pandashme. Së bashku me ndërfaqen e fazës, forcat e tensionit sipërfaqësor gjithashtu do të zhduken. Temperatura dhe presioni i tillë në të cilin avulli pushon të ndryshojë nga lëngu dhe lëngu nga avulli quhen në termodinamikë. kritike dhe janë portretizuar si pikë kritike në diagramin fazor:
Për ujin, temperatura dhe presioni kritik janë përkatësisht 374 gradë Celsius dhe 218 atmosfera. Kjo do të thotë, nëse e rrisim presionin në dhomë me një xhel me bazë uji në 218 atmosfera ose më shumë dhe më pas e ngremë temperaturën mbi 374 gradë Celsius, atëherë çdo ndryshim midis avullit dhe ujit do të zhduket - do të marrim të ashtuquajturën. lëngu superkritik. Brenda çdo pore të xhelit do të ketë avull ose ujë shumë të dendur, i cili në kushte të tilla është në thelb e njëjta gjë. Nëse tani filloni të ulni presionin në kritike dhe më poshtë, duke ruajtur temperaturën mbi kritike, atëherë ky avull i dendur do të fillojë të lërë gradualisht xhelin pa asnjë kondensim. Më pas mund të filloni të ulni temperaturën derisa avulli i mbetur të largohet nga xheli dhe të kthehet në aeroxhelin e thatë që na nevojitet, i mbushur me ajër. Procesi i përshkruar quhet tharje superkritike dhe tregohet me një shigjetë të kuqe.
Meqenëse, sipas këtij skenari, gjatë procesit të shndërrimit të lëngut në avull, nuk lind asnjë ndërfaqe ndërmjet mediave të lëngshme dhe të gazta, atëherë forcat e tensionit sipërfaqësor nuk lindin brenda poreve dhe ato mbeten të paprekura gjatë procesit të tharjes. Shigjeta jeshile tregon skenarin e tharjes ku lëngu kthehet në avull në mënyrën e zakonshme. Në këtë rast kemi ekzistencën e njëkohshme të dy gjendjet fazore, ndërfaqja dhe, në përputhje me rrethanat, shkatërrimi i strukturës së xhelit. Shigjeta blu tregon se është e mundur edhe një mënyrë e tretë, e cila quhet tharje në ngrirje. Në këtë skenar, lëngu brenda poreve transferohet fillimisht në gjendje e ngurtë duke ngrirë dhe më pas, nën presion të reduktuar, duke e kthyer fazën e ngurtë në një fazë të gaztë, duke anashkaluar fazën e lëngshme (dhe problemet e saj të tensionit sipërfaqësor). Në praktikë, ky opsion në fakt bën të mundur marrjen e disa llojeve të aerogelëve.
Në jetën reale përdorim të drejtpërdrejtë Xhelët me bazë uji për prodhimin e aerogeleve janë shumë të papërshtatshëm për shkak të temperaturës së lartë kritike dhe presionit të ujit. Prandaj, përpara se të fillojë tharja, përbërësi origjinal i lëngshëm i xhelit zakonisht zëvendësohet me një më të përshtatshëm për sa i përket pikës kritike. Një zëvendësues i tillë mund të jetë, për shembull, alkooli metil (temperatura kritike - 250 gradë Celsius, presioni kritik - 77 atmosfera). Ishin alkoolet që Kistler përdori për të prodhuar aerogel me mure të përbëra nga komponime inorganike. Për lëndët organike, ai rekomandoi propanin e lëngshëm si përbërës të lëngshëm të xhelit gjatë tharjes superkritike. Përdoren gjithashtu aceton dhe ujë të lëngshëm dioksid karboni. Në përgjithësi, ka mjaft "receta" për përgatitjen e aerogelëve sot. Ju mund të gjeni edhe rekomandime në internet për ta bërë atë në shtëpi.
Në Rusi, disa qendra shkencore janë të angazhuara në studimin e aerogelëve, përfshirë Qendrën materiale të përbëra në NUST MISIS. Studiues Qendra, kandidati i shkencave fizike dhe matematikore Fedor Senatov dha komentin e mëposhtëm në lidhje me mundësitë teknologjike të përdorimit të gjendjes superkritike të materies: "Një tipar interesant dhe i dobishëm i një substance në një gjendje superkritike (lëng) është se me ndihmën e saj nuk mund të formojnë vetëm porozitet në xhel, por gjithashtu modifikojnë vetë materialin, si dhe largojnë papastërtitë e panevojshme prej tij. Për shembull, ju mund të shpërndani një substancë medicinale në një lëng superkritik dhe të trajtoni një xhel polimer me këtë lëng. Kur lëngu depërton në xhel, ai do të sjellë me vete ilaçin, i cili do të mbetet në polimer pasi të ulet presioni dhe të largohet lëngu. Kështu do të fitohet një aerogel që mund të përdoret në mjekësi për ultrafiltrimin e lëngjeve biologjike me efekte të njëkohshme mjekësore.
Duke përdorur të njëjtën metodë, mund të hiqni papastërtitë e panevojshme nga materiali. Kjo metodë, e quajtur nxjerrja e lëngut superkritik (SFE) në literaturë, është përdorur për një kohë mjaft të gjatë si në kërkime laboratorike, dhe në prodhimin industrial. Shembulli më i zakonshëm i nxjerrjes së lëngut superkritik është përdorimi i scCO2 për dekafeinimin e kafesë. Më shumë se njëqind mijë ton kafe pa kafeinë prodhohen çdo vit në botë duke përdorur scCO 2."
Oksidet e metaleve. Aerogelët përkatës përdoren gjerësisht për prodhimin e katalizatorëve. Zakonisht ato përmbajnë oksid alumini me shtimin e nikelit. NASA përdor aerogel alumini me shtimin e gadoliniumit dhe terbiumit për të zbuluar grimcat kozmike me energji ultra të lartë. Fakti është se këto aerogele fluoreshenojnë kur grimca të tilla hyjnë në to, gjë që u lejon atyre të regjistrohen. Për më tepër, fuqia e rrezatimit varet nga energjia e grimcave. Ngjyra e aerogeleve të oksidit të metalit ndryshon shumë.
Polimere organike. Për shembull, një aerogel i bërë nga agar-agar, i njëjti që i shtohet pelte frutash. Një material tjetër organik, celuloza, përdoret për të prodhuar aerogel fleksibël.
Kalkogjenet. Në këtë grup bëjnë pjesë: squfuri, seleniumi, teluri etj.
Selenidi i kadmiumit . Aeroxheli i bërë nga ky material ka veti gjysmëpërçuese.
Për më tepër, vetitë e aerogeleve mund të modifikohen më tej duke futur aditivë të ndryshëm modifikues në përbërjen e fazës së ngurtë.
Aktualisht, ekzistojnë segmente kryesore të industrisë në të cilat aerogelët kanë gjetur aplikimin e tyre:
Sergej Petrov
Unë ndoqa udhëzimet nga receta TMOS (tetrametil ortosilikat) që gjendet në http://www.aerogel.org dhe bëra me sukses disa copa airgel në punëtorinë time të shtëpisë.
Dy gjëra paraqisnin sfidën më të madhe: 1. Marrja e TMOS ose TEOS (përbërësi kryesor kimik) dhe 2. Ndërtimi i një dhome tharjeje superkritike. Pjesët e dhomës mund të blihen nga http://www.mcmaster.com ose çdo furnizues tjetër i montimit të tubave industrialë. Do t'ju duhet gjithashtu një furnizim me dioksid karboni të lëngshëm. Kam përdorur një cilindër 20 lb (9,1 kg) të blerë nga një dyqan lokal saldimi. Shumica e kostoja ishte vetë cilindri, materialet harxhuese Kushton vetëm 20 ose 30 dollarë. Ju mund të jeni në gjendje të gjeni një furnizues nga i cili mund të merrni me qira një cilindër.
TMOS është mjaft e vështirë për t'u marrë sepse furnizuesit e kimikateve ngurrojnë t'u shesin ndonjë gjë individëve.
Procesi i prodhimit të aerogelit:
1. Përzieni TMOS, metanol dhe hidroksid amoniumi. Hidheni përzierjen në kallëpe dhe lëreni xhelin të forcohet.
2. Zhytni xhelin në metanol dhe prisni një ditë që uji i mbetur në xhel të tretet në metanol.
3. Hidhni metanolin e përdorur dhe zëvendësojeni me metanol të pastër. Prisni një ditë tjetër dhe përsërisni procedurën. Kjo do të duhet të bëhet disa herë gjatë tre ditëve.
4. Transferoni xhelin në dhomën e tharjes superkritike dhe mbusheni me metanol.
5. Shtoni dioksid karboni të lëngshëm, hapni valvulën e shkarkimit të dhomës dhe kullojeni metanolin. Sigurohuni që pjesët e xhelit të mbahen në CO2 të lëngshme gjatë gjithë kohës.
6. Prisni një ditë që metanoli të shpërndahet në CO2 të lëngët.
7. Hapni valvulën e shkarkimit dhe derdhni më shumë metanol që është tretur në CO2.
8. Përsëriteni procedurën për kullimin e metanolit, por sigurohuni që xheli të mbetet i zhytur në CO2 të lëngshëm gjatë gjithë kohës. Përsëriteni kullimin/zëvendësimin e CO2 disa herë gjatë 2-3 ditëve.
9. Ngritni temperaturën e dhomës derisa CO2 të bëhet superkritik. Hapni ngadalë kanalin e ventilimit ndërsa vazhdoni të ngrohni dhomën për të lejuar që CO2 të kalojë nga gjendja superkritike në gjendje të gaztë. Lëshoni ngadalë të gjithë CO2 nga dhoma, më pas hiqni aeroxhelin e përfunduar prej saj.
Airgel është një krijim shumë i pazakontë i duarve të njeriut, një material i vlerësuar me 15 pozicione në Librin e Rekordeve Guinness për cilësitë e tij unike.
Emri "aerogel" vjen nga dy fjalë latine aer - ajër dhe gelatus - i ngrirë.
Prandaj, airgel shpesh quhet "tymi i ngrirë". Megjithatë, sipas pamjen airgel me të vërtetë i ngjan tymit të ngrirë. Airgel është një xhel i pazakontë në të cilin nuk ka fazë të lëngshme, i zëvendësuar plotësisht nga një fazë e gaztë, si rezultat i së cilës substanca ka
rekord densitet të ulët, vetëm një herë e gjysmë më i lartë se dendësia e ajrit, dhe një sërë cilësish të tjera unike: fortësia, transparenca, rezistenca ndaj nxehtësisë, etj. Airgel është gjithashtu befasues sepse përbëhet nga 99.8%... ajër!
Historia e shfaqjes së airgelit ende nuk është kuptuar plotësisht. Dihet vetëm se shkencëtari amerikan Samuel Kistler ishte i pari që e mori atë në fund të viteve të njëzeta ose të vitit të tridhjetë të shekullit të kaluar në Kolegjin e Paqësorit në Stokton (Kaliforni). Marrë, siç ndodh ndonjëherë, në shkencë
hulumtimi, thuajse rastësisht, si një nënprodukt i kristalizimit të aminoacideve në lëngjet e mbingopura superkritike. Shkencëtari arriti prodhimin e një aerogeli duke zëvendësuar lëngun në një xhel të rregullt me metanol. Pas kësaj, xhel u nxeh nën presion të lartë në 240 gradë (temperatura kritike për metanolin). Në këtë pikë, gazi metanol u largua nga xheli, por shkuma e dehidratuar nuk u ul në vëllim. Si rezultat, u formua një material i lehtë, poroz i imët, i quajtur më vonë airgel.
Strukturisht, aerogelët janë
një rrjet grimcash në formë peme të bashkuara në grupe homogjene (grumbullime)
2-5 nanometra në madhësi dhe pore të mbushura me ajër deri në 100 madhësi
nanometra Nga jashtë, airgel është më i ngjashëm me transparent ose
shkumë sapuni i tejdukshëm i ngrirë. Kur shikohet me sy të lirë,
airgel duket të jetë një substancë homogjene e vazhdueshme, e cila është e dobishme
e dallon atë nga media të tilla poroze si shkume të ndryshme. Në prekje
airgel gjithashtu i ngjan shkumës së ngrirë. Është mjaft e qëndrueshme
materiali - airgel mund të përballojë një ngarkesë 2000 herë më të madhe
peshën e vet. Për shembull, një bllok i vogël aerogel me peshë 2.38 g.
përballon lehtësisht një peshë tullë prej 2.5 kg! Aerogelët e kuarcit janë
një izolues shumë i mirë i nxehtësisë.
Procesi
Prodhimi i aerogelëve është kompleks dhe kërkon punë intensive. Së pari, duke përdorur kimikate
reaksionet, xhel polimerizohet. Ky operacion zgjat disa ditë dhe
Rezultati është një produkt i ngjashëm me pelte. Pastaj alkooli nga pelte
uji hiqet. Heqja e tij e plotë është çelësi i suksesit të të gjithë procesit.
Hapi tjetër është tharja "superkritike". Është prodhuar në
autoklava në presion dhe temperaturë të lartë, procesi përfshin
dioksid karboni të lëngshëm.
Aplikacionet
Përdorimi i aeroxhelit të kuarcit si material izolues filloi në vitet dyzet të shekullit të njëzetë. Kompania e njohur Monsanto e prodhoi këtë produkt sipas një marrëveshjeje licence me Kistler. Megjithatë, për shkak të kostos së tyre të lartë, izoluesit e nxehtësisë me aerogel nuk përdoren gjerësisht.
mori dhe në vitet shtatëdhjetë prodhimi u pakësua. Vetëm në fund të shekullit të kaluar, aerogelët filluan të përdoren përsëri gjerësisht nga njerëzimi, kryesisht në industrinë hapësinore.
Ishte airgel që u bë elementi më i rëndësishëm Array Catcher, i cili u përdor nga sonda hapësinore Stardust për të kapur miliona grimca të vogla nga bishti i kometës Wild 2 dhe për të sjellë tokëzuesin me këto mostra në tokë. Nga rruga, midis shumëllojshmërisë së grimcave të kapura nga sonda, u gjetën gjurmë të glicinës, aminoacidi më i rëndësishëm për formimin e proteinave. Për shkencëtarët që ndajnë teorinë e origjinës jashtëtokësore të jetës, ky zbulim u bë provë indirekte se ata kishin të drejtë.
Si një unik
izoluesi i nxehtësisë airgel është planifikuar të përdoret në hapësirë
Veshjet hapësinore të prodhuara nga Amerika të krijuara për misionin Marsian
Projekti i NASA-s. NASA njoftoi gjithashtu përdorimin e airgel si
mburojën e nxehtësisë së modeleve të reja të anijeve.
Premtuese
gjithashtu aerogelët në mikroelektronikë. Kryesisht për faktin se
se kanë konstante dielektrike më të ulëta.
Përdorimi i aerogeleve si shtresa izoluese në shumë shtresa
bordet e qarkut të shtypur do të përmirësojë ndjeshëm performancën
elektronikë.
Në vitin 2007, kimistët amerikanë
prezantuan aerogelet që krijuan, të cilët mund të shërbejnë si filtër për të
pastrimin e ujit nga papastërtitë e dëmshme, si merkuri, plumbi dhe të tjera
metale të rënda helmuese. Ndërsa prodhimi i këtyre materialeve është i mjaftueshëm
kufizuar për shkak të çmim të lartë, sepse Filtrat përmbajnë platin, por
kur gjendet një zëvendësim për të në formën e një analoge më të lirë,
lloji i ri i pastruesve mund të përdoret për të hequr metalet e rënda
trupat ujorë në planet.
Përveç kësaj, aerogelët e rinj shfaqin veti gjysmëpërçuese dhe, për rrjedhojë, mund të përdoren në qelizat fotovoltaike dhe pajisje të tjera optoelektronike.
Aeroxheli i kuarcit, siç është përmendur tashmë, është një izolant unik i nxehtësisë. Mund të përballojë temperaturat deri në 500 gradë Celsius dhe mjafton një shtresë e trashë 2.5 cm për të mbrojtur dorën e njeriut nga
ekspozimi i drejtpërdrejtë ndaj një pishtari fryrës. Ekzistojnë lloje të aerogelëve me një pikë shkrirjeje deri në 1200 C. Vetitë e arogelëve varen kryesisht nga material burimor, nga i cili prodhohen. Ka aerogel të bërë nga alumini (me shtimin e oksidit të aluminit), dioksidit të silikonit dhe
gjithashtu oksid kallaji dhe kromi. Kohët e fundit, janë prodhuar aerogel me bazë karboni. Ka aerogel që përdoren si katalizatorë. NASA aktualisht po teston aerogelët e oksidit të aluminit që përmbajnë elementë të rrallë - gadolinium dhe terbium. Këto aerogel
përdoren si detektorë të përplasjeve me shpejtësi të lartë. Disa lloje transparente të airgelit po konsiderohen nga shkencëtarët si një zëvendësim xhami i dritares. Në fund të fundit, indeksi i thyerjes së aerogeleve është shumë më i ulët se ai i qelqit (1.05 kundrejt 1.5). Brishtësia origjinale e kësaj
Shkenca tashmë ka arritur të kapërcejë sfidat e materialeve premtuese, prodhimi i aerogelëve elastikë dhe fleksibël është tashmë i disponueshëm. Në rendin e ditës është çështja e reduktimit të kostove të prodhimit në kufij që e bëjnë përdorimin në shkallë të gjerë fitimprurës. Aerogelët shpesh quhen materiali i shekullit të 21-të. Pra
nëse është, do ta shohim së shpejti.
Airgel është jashtëzakonisht material i lehtë me densitet shumë të ulët dhe përçueshmëri të ulët termike. Është i tejdukshëm, por në të njëjtën kohë mjaft i vështirë në prekje. Në mënyrë tipike, aerogelët bëhen duke përdorur një proces tharjeje superkritike, kështu që vetë-gatim airgel, do të duhet të ndërtoni një aparat për tharje të tillë. Ka mënyra për të përgatitur aerogel pa përdorur një pajisje të tillë, por ato janë më pak të besueshme dhe materiali rezulton të jetë më i dendur. Në këtë artikull do të gjeni informacione për të dyja metodat e përgatitjes së aerogelit.
Pjesa 1
Krijimi i një aparati tharjeje superkritikeHidhini një sy diagramit të tharëses superkritike më sipër. Më poshtë do të gjeni udhëzime për vetë-montim një pajisje të tillë.
Lidheni fort me kryqëzimin T të bërë nga jo saldues çelik inox dy bashkime dhe valvola prej çeliku inox 316 ose 304 Diametri i hapjes duhet të jetë 1.9 cm (3/4 inç).
Plotësoni montimin e pjesës së sipërme të pajisjes. Valvulat dhe sensorët e mbetur do të lidhen me këtë tub të dytë.
Përdorni materialet e duhura. Preferohet çeliku inox sepse është i pastër, i qëndrueshëm dhe ka pak rezistencë ndaj korrozionit.
Lidhni një cilindër të dioksidit të karbonit me tharësin superkritik. Lidhja duhet të jetë pa rrjedhje dhe të sigurojë rrjedhjen e lirë të dioksidit të karbonit të lëngshëm në aparat.
Pjesa 2
Përgatitja e aerogelit silikoniHollohet amoniaku kaustik i koncentruar (hidroksid amoniumi). Holloni 4,86 g ose 5,4 ml amoniak kaustik të koncentruar në 1000 ml ujë në një shishe qelqi ose plastike.
Përgatitni një tretësirë të tetrametoksisilanit me metanol. Përzieni 10,2 g (10 ml) tetrametoksisilan me 7,82 g (10 ml) metanol në një gotë qelqi. Përzieni tretësirën.
Përgatitni një zgjidhje të amoniakut kaustik me metanol. Përzieni 5 g (5 ml) të tretësirës ujore të amoniakut të përgatitur më parë me 7,92 g (10 ml) metanol në një gotë tjetër qelqi të pastër. Përzieni tretësirën.
Hidhni tretësirën katalitike në tretësirën e alkooksidit të përgatitur më parë. Hedhim me kujdes tretësirën katalitike (tretësirën B) në tretësirën e alkooksidit (tretësirën A) dhe i trazojmë me një shufër qelqi derisa të treten plotësisht.
Transferoni solin në kallëpe. Vendosni paraprakisht letër pjekjeje me bazë silikoni në fund të kallëpeve. Prisni derisa solari të marrë formën e një xheli.
Lëreni xhelin të plaket. Pasi të jetë formuar xheli, vendoseni në metanol dhe lëreni aty për të paktën 24 orë.
Hiqni ujin. Ndryshojeni metanolin të paktën katër herë gjatë javës në metanol të freskët, në etanol me pastërti më shumë se 99,5%, ose në aceton.
Thajeni xhelin në një tharëse superkritike. Vendoseni xhelin në dhomën e pajisjes dhe lëshoni dioksid karboni në të. Dioksidi i karbonit do të nxehet dhe do të kalojë në pikën e tij kritike, 31,1 gradë Celsius dhe 72,9 bar, duke u ngrohur deri në rreth 45 gradë Celsius dhe duke arritur një presion prej rreth 100 bar.
Pjesa 3
Procesi alternativ: tharje nënkritikePërgatitni airgelin siç udhëzohet më parë. Përgatitni aerogel silicë siç u përshkrua më sipër duke përgatitur fillimisht përbërësit kimikë dhe më pas duke e “lyer” atë për të formuar një xhel të lëngshëm.
Pas njomjes së xhelit në alkool ose aceton, pastrojeni nga uji siç përshkruhet më sipër. Ndryshoni alkoolin etilik ose acetonin të paktën katër herë gjatë javës.
Përgatitni një tretësirë të heksanit dhe etanolit. Përzieni një pjesë të heksanit dhe tre pjesë të etanolit për të marrë një zgjidhje me një vëllim të paktën pesë herë më të madh se vëllimi i xhelit të mëparshëm.
Përgatitni dy solucione shtesë të heksanit dhe etanolit. Në të dytën, përdorni këto dy lëngje në përmasa të barabarta. Në të tretën, përzieni tre pjesë heksani me një pjesë etanol.
Thithni xhelin në mënyrë sekuenciale në tre solucione. Thithni xhelin në një tretësirë prej 25-75 për 12-48 orë.
Lyejeni xhelin në heksan. Zhyteni xhelin për 24-72 orë në heksan të pastër, duke e ndryshuar tre herë.
Përgatitni një zgjidhje të trimetilklorosilanit. Shtoni trimetilklorosilan në heksan në mënyrë që të përbëjë 6% të masës totale të tretësirës.
Zhyteni aeroxhelin në tretësirën e trimetilklorosilanit. Për ta bërë këtë, së pari vendosni xhelin në fund të një ene të mbyllur fort rezistente ndaj kimikateve me një qafë të gjerë, më pas derdhni në të një zgjidhje të mjaftueshme TMCS në mënyrë që vëllimi i tij të kalojë vëllimin e xhelit që ngjyhet 5-10 herë. Mbyllni enën.
Ngroheni dhe më pas ftohni enën me xhel. Ngrohni enën në 60 gradë Celsius dhe mbajeni në këtë temperaturë për 12-24 orë, duke përdorur pllakë elektrike. Përpara se të zëvendësoni tretësirën TMCS me një të freskët, lëreni të ftohet në temperaturën e dhomës.
